风机塔筒高强度螺栓断裂分析

风电机组叶片螺栓断裂原因分析及处理【摘要】风电机组叶片螺栓断裂是一个常见问题，可能会导致严重的安全事故和机组损坏。

本文通过对风电机组叶片螺栓断裂原因的分析，提出了相应的处理方法和预防措施。

常见断裂原因包括材料问题、螺栓疲劳、装配质量等因素。

针对这些问题，我们可以采取合适的处理方法，如定期检查、更换螺栓等。

叶片螺栓的选择也非常重要，需要考虑材料的强度和耐腐蚀性。

我们也提出了一些建议，包括加强技术改进以提高叶片螺栓的可靠性。

通过本文的研究和探讨，可以有效预防叶片螺栓断裂问题的发生，提高风电机组的安全性和可靠性。

【关键词】风电机组、叶片螺栓、断裂原因、处理方法、材料选择、预防措施、技术改进建议、总结、展望、建议。

1. 引言1.1 背景介绍风力发电是一种清洁能源，被广泛应用于全球各地。

风电机组是风力发电系统的核心组成部分，而叶片作为风电机组的重要部件之一，在受到风力作用时扮演着传动风能的关键角色。

叶片与主轴之间连接的螺栓承担着叶片受力的重要任务，因此螺栓的质量和可靠性对整个风电机组的安全运行至关重要。

在风电机组运行中，叶片螺栓断裂是一个常见的故障现象，可能会导致机组停机甚至引发事故。

深入研究叶片螺栓断裂的原因及处理方法对于保障风电机组的安全稳定运行具有重要意义。

通过分析叶片螺栓断裂的常见原因，制定有效的处理方法，选择合适的材料，并采取科学的预防措施，可以有效降低螺栓断裂的风险，提高风电机组的可靠性和安全性。

本研究将对风电机组叶片螺栓断裂进行深入分析，探讨解决方法并提出相关建议，旨在为风力发电领域的技术发展提供有益参考。

1.2 研究目的研究目的是为了深入分析风电机组中叶片螺栓断裂的原因，总结常见的断裂情况，探讨有效的处理方法。

通过对螺栓断裂的材料选择进行研究，提出合理的预防措施和技术改进建议，降低叶片螺栓断裂的风险，保障风电机组的安全运行。

本研究旨在为风电行业提供新的理论支撑和技术指导，有助于提升风电机组的可靠性和运行效率，推动风能产业的可持续发展。

35CrMo钢高强螺栓断裂失效分析韩克甲;赵晓辉;李洪伟【摘要】某风电厂铁塔用紧固高强螺栓在使用一个月后于螺纹处出现多根断裂现象.通过宏观检验、化学成分分析、力学性能试验、金相检验、断口分析等方法对螺栓断裂原因进行了分析.结果表明:失效高强螺栓螺纹处表面全脱碳层深度超标,且脱碳层深度极不均匀,在全脱碳层最大深度处容易产生应力集中,并造成螺栓表面部分区域的强度和抗疲劳性能下降,无法承受设计载荷,从而导致高强螺栓在此处出现应力裂纹并最终发生疲劳断裂失效.%The high strength bolts used for tower fastening in a wind power plant, appeared multiple fracture phenomena at the thread position after a month's use.By means of macro examination, chemical composition analysis, mechanical property test, metallographic examination, fracture analysis and so on, the fracture reasons of the bolts were analyzed.The results show that the surface total decarburization layer depth of the failure high strength bolts at the thread position exceeded the standard requirement, and at the same time the decarburization layer depth was very uneven.Stress concentration easily formed at the deepest total decarburization position, and the decarburization also caused the decrease of strength and fatigue property of the bolts at local positions and made the bolts not bear the design load.So stress cracks appeared here and resulted in the final fatigue fracture failure of the high strength bolts.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2017(053)006【总页数】4页(P434-436,441)【关键词】高强螺栓;脱碳;应力裂纹;疲劳断裂【作者】韩克甲;赵晓辉;李洪伟【作者单位】淄博市新材料研究所, 淄博 255040;淄博市新材料研究所, 淄博255040;淄博市新材料研究所, 淄博 255040【正文语种】中文【中图分类】TH131.3某风电厂采购一批铁塔用紧固高强螺栓，螺栓规格为M24 mm×120 mm。

风力发电机组叶片连接高强螺栓的断裂原因分析姚兵印;张志博;马剑民;王玉兴;卢正欣【摘要】某风电场多台3 MW风力发电机组在运行1．5 a (年)后，叶片连接螺栓频繁发生断裂.通过化学成分分析、力学性能测试、金相分析及断口分析等方法，对其中一台风力发电机组的叶片连接螺栓断裂原因进行了分析.结果表明：该风电场叶片连接螺栓的断裂原因主要是材料中存在大量的氧化硅夹杂物，以及制造过程中热处理工艺控制不当导致的晶粒粗大等原因.且叶片连接螺栓安装及定期维护时预紧力分散度较大，使得螺栓在运行中受到复杂的应力条件下发生疲劳断裂失效.%The high-strength bolts,which were applied to the 3 MW Wind turbine blades in a wind power plant,were fractured frequently after running for1 .5 years.The reasons of the fracture were analyzed by means of chemical composition analysis,mechanical properties testing,metallographic analysis,fracture surface analysis, and so on.The results show that the main reasons of the fracture of the bolts were lots of silicon oxide inclusions in the material,bulky grains caused by improper heat treatment,and so on.In addition,the pretightening force was relatively dispersive in the installation and maintenance process,which led to fatigue fracture failure of the bolts under the complicated stress.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2016(052)005【总页数】6页(P339-344)【关键词】风电场;叶片;高强螺栓;疲劳断裂【作者】姚兵印;张志博;马剑民;王玉兴;卢正欣【作者单位】西安热工研究院有限公司，西安710032;西安热工研究院有限公司，西安710032;西安热工研究院有限公司，西安710032;西安热工研究院有限公司，西安 710032;西安理工大学，西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TG115.2;TG142.1某风电场一期工程由16台单机容量为3 MW的变速恒频、变桨距控制、陆上型风力发电机组组成，风力发电机组型号为SL-3000/113。

风力发电机组塔筒螺栓断裂对结构的影响分析摘要：随着传统能源的枯竭和环境问题的日益突出，风能作为一种清洁无污染的可再生能源，受到世界各国越来越多的重视。

风能是可再生的清洁能源，随着煤炭资源日益匮乏以及人们环保理念的持续加强，对风能等清洁能源的需求持续增加。

风能资源量大质优，因而风力发电受到社会各界的持续关注。

风电机组的塔式结构使塔筒承担机舱及叶片的自重及风的水平荷载，由于风速的时变特性，导致风电机组运行在交变载荷工况下，随着运行时间的增加，塔筒的连接螺栓承受的交变应力作用易引发其疲劳失效，如果定检过程中没有及时发现将引发较为严重的后果。

基于此，本篇文章对风力发电机组塔筒螺栓断裂对结构的影响进行研究，以供参考。

关键词：风力发电机组；塔筒螺栓断裂；结构；影响分析引言风电已成为我国能源电力领域的一支生力军。

风电塔作为风力发电系统的重要组成部分，是一种新型的高－柔薄壁结构，其上部的机舱、轮毂、叶片质量较大，这种“头重脚轻”的结构形式不利于风机塔承受荷载。

根据风力发电特性，其普遍所处位置与自身高度都处于比较高的位置，所以风电机组的安装成为一件技术性、安全性特别强，且工作量集中的工作，风电塔筒在风力发电机组中主要起支撑和最外层保护作用，同时吸收机组震动，其安装质量的好坏、效率高低直接关系到整个发电机组的正常运行和施工单位的经济效益。

1风力发电机发电能力评估风力发电机的等效风能利用小时数是衡量项目发电性能的重要指标，它就是风力发电机年发电量与容量的比值。

对于单台机组，它是单台风机年发电量与机组容量的比值。

所以可以从分析单台风机的等效风能利用小时数入手。

统计单台机组的发电量，将单台机组发电量加上限电、故障、检修等损失电量折算为等效利用小时数，对风电场同型号机组的等效利用小时数进行排序，并将实际风速与等效利用小时数进行对照分析，可以筛选出相同风速条件下等效利用小时数低于平均值的机组。

风机功率曲线是风力发电机组发电能力的最直接体现。

风电机组叶片螺栓一种断裂形式的原因分析2.河北省沧州生态环境监测中心，河北沧州，061000摘要：采用宏观分析、力学性能检测、化学成分分析、SEM、金相分析、受力环境分析等分析方法，对10.9级风电机组定制螺栓的断裂原因进行分析。

结果表明：螺栓质量符合标准要求；螺栓的预紧力不足使被连接件松动、被连接位置与螺栓干涉磨损、螺栓疲劳损伤加剧，进而导致断裂。

关键词：风电机组；螺栓；预紧力；断裂0 引言螺栓作为重要的设备连接方式，在风电机组的塔筒、机架、轮毂、叶片等部件连接方面也有广泛的应用。

随着风机运行，螺栓断裂故障也时有发生，其中叶片螺栓断裂发生的概率明显高于其他部位螺栓。

某风场叶片螺栓在风机运行11个月后发生断裂，螺栓材料为42CrMo，螺栓等级为10.9 级，规格为M30×***mm（缩颈Φ27 mm）。

笔者对其断裂原因进行了系统分析。

1 故障概况螺栓表面为“达克罗”处理，表面处理质量良好。

故障螺栓断口附近存在锈蚀痕迹，如图1所示；未断裂螺栓相同位置存在类似锈蚀痕迹，如图2所示。

通过对磨损位置分析，发现螺栓磨损位置为叶片根部法兰与轮毂（变桨轴承）连接结合面位置。

图1螺栓断口附近锈蚀图2 未断裂螺栓相同位置锈蚀Fig.1 Corrosion near the bolt fracture Fig.2 Corrosion of unbroken bolts at the same position2 断口分析2.1宏观分析图3为螺栓断口，为典型的疲劳断口[1]，由疲劳源区、疲劳裂纹稳定扩展区和快速断裂区（瞬时断裂区）三部分组成，A区域为裂纹源区，发生于螺栓表面磨损位置，可见锈蚀痕迹，由于源区为最早生成的断口，裂纹扩展速率缓慢，裂纹反复张开闭合引起断口表面的摩擦，因此比较光滑，并且发生腐蚀；B区域为裂纹稳定扩展区域，可以观察到多条基本平行的疲劳弧线，与裂纹扩展方向垂直，是疲劳裂纹瞬时前沿线的宏观塑性变形的痕迹；C区域为瞬断区，疲劳裂纹达到临界尺寸，螺栓发生瞬时断裂[2]。

故障维修·高强螺栓断裂成因分析doi:10.16648/ki.1005-2917.2019.04.113高强螺栓断裂成因分析房师光（新疆众和股份有限公司，新疆乌鲁木齐　830013）摘要：高强螺栓断裂是常见问题之一，可以采用多种方法分析螺栓断裂的原因，比如常见的宏观检验、化学成分分析、硬度测试、扫描电镜和能谱分析等。

通过采取正确的检验方式能够得出造成螺栓断裂的原因，其中冶金缺陷、热处理不当、应力过于集中、夹渣缺陷、不良调质热处理等都是常见的造成螺栓断裂的因素，为此，应当针对常见原因采取有效的措施进行预防。

关键词：高强螺栓；断裂；成因1. 理化检验1.1 宏观检验通过对断裂的高强螺栓端口进行宏观检查发现表面没有其他外力伤痕和裂纹，主要为锈蚀问题。

断口比较整齐，在螺栓心部为断裂源，断裂源呈放射线方式扩展，试样边缘明显存在中间部分和一圈小面积分离，可见断口表面锈蚀促使断面拉力脆性增大最终导致断裂，这也有可能和保存不当有关。

1.2 化学成分分析通过表1可知三个试样化学成分分析结果。

GB/T16939－2016《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》中就螺栓材料有着明确规定，螺栓化学成分符合要求，不过从螺栓表面到心部，碳元素含量出现了一定波动，具体如表1所示。

表1　螺栓化学成分分析结果（质量分数）1.3 硬度测试采用落实硬度测试方法就螺栓杆表面、心部进行测试，通过汇总结果能够发现，螺栓杆部表面硬度和心部硬度分别为34.0～34.5HRC和34.5～36.0HRC。

GB/T16939－2016＜钢网架螺栓球节点用高强度螺栓＞中明确规定，螺栓表面硬度和心部硬度分别要控制在32～37HRC和≥28HRC，试验测得结果满足国家标准规定要求。

1.4 扫描电镜及能谱分析用扫描电镜观察螺栓端口，发现断裂源区和扩展区存在图1所示特征，基本为确定为脆性断裂。

能谱分析断裂源区和扩展区能够发现两个区域中铁元素质量分数为67.79%，氧元素质量分数为29.09%，所以氧化铁是此区域的主要成分。

某电厂冷却塔风机 4号叶片 U形紧固螺栓断裂分析摘要：某电厂6#机力冷却塔风机4号叶片U形紧固螺栓于2021年2月2日发生断裂，对送检断裂U螺栓进行外观及断口形貌分析、化学成分分析、力学性能试验和金相组织分析，综合分析表明：6#冷却塔风机4号叶片U形紧固螺栓断裂的主要原因是由于螺栓Ⅱ应力过大等因素发生脆性断裂后，引起螺栓Ⅰ受力发生变化而导致疲劳断裂。

关键词：U形螺栓；应力；断裂1概述某电厂机力冷却塔风机使用豪顿的E系列轴流冷却风机，E系列轴流冷却风机叶片为玻璃钢，是一种复合材料，玻璃钢叶片由U形螺栓固定。

螺栓Ⅰ螺栓Ⅱ#6冷却塔风机叶片共6片，其中固定4号叶片的U形紧固螺栓于2021年2月2日发生断裂。

断裂前风机监测一直很稳定，无异常振动，断裂时振动加剧，监测数据急剧升高。

断裂 U形紧固螺栓材质为AISI304，规格为M30mm，螺栓运行环境较潮湿，工作温度约为25℃，累计运行时间不详。

U形螺栓正常安装、断裂螺栓位置示意图及送检断裂螺栓外观如图1～4所示。

图1 螺栓正常安装时状态图图2 断裂螺栓位置示意图断裂位置断裂位置图 3 螺栓Ⅱ外观图4 螺栓Ⅰ外观2试验主要依据检验检测中主要依据的标准如下：SA-193/SA-193M-2017《高温或高压用其他特殊用合金钢和不锈钢螺栓材料》DL/T991-2006《电力设备金属光谱分析技术导则》GB/T 231.1-2009《金属材料布氏硬度试验》GB/T4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》GB/T33362-2016《金属材料硬度值换算表》ASTM E8/E8M-2016a《金属材料拉伸试验方法》DL/T 884-2019《火电厂金相检验与评定技术导则》3检验方案与试验设备本次分析所涉及的主要试验内容如下：1.宏观形貌分析；2.化学成分分析；（3）力学性能试验；（4）金相检验；分析过程中主要采用以下检测设备，见表1。

表1 检测项目及设备编号检测分析项目检测设备名称及型号编号1体式显微镜Carl Zeiss显微镜39390009992维氏硬度试验Durascan20型维氏硬度计1008/7973金相分析Leica DMI8A 光学金相显微镜5010064光谱仪FOUNDRY-MASTER PRO台式光谱仪55T002 35硬度计XHB-3000数显布氏硬度计1050 4取样位置及对应编号送检U形螺栓外观如图3、图4所示。

风机塔筒高强度螺栓断裂分析【摘要】采用扫描电镜、金相检验、显微硬度、化学成分分析等方法对用于风机塔筒固定螺栓的断裂原因进行了分析。

结果表明，螺钉的断裂性质是疲劳断裂，断裂的根本原因是头下圆角处存在全脱碳现象，以及安装时对中不良。

【关键词】风机螺栓；疲劳；脱碳；安装不良引言风机塔筒是风力发电机的重要组成部分之一，风机的正常运行与塔筒的稳定性密切相关。

作为连接上中下段塔筒的关键部件，塔筒连接螺栓在风机的运行过程中，将会传递风作用在风机上形成的各种载荷，其服役情况将直接影响塔筒的稳定性，进而影响整个风机的运行。

风电场一般地处风力资源丰富的野外，服役环境恶劣，受载复杂，零部件的保养维修成本较高，这对塔筒紧固螺栓的使用性能提出了更高的要求。

某风机塔筒固定螺栓服役2年后发生断裂，厂方要求分析断裂原因。

该螺栓规格为M36×175，性能等级10.9级，材质为B7，表面达克罗处理。

1 理化检验1.1 断口分析图1所示为断裂样品的宏观形貌，可见两枚断裂螺栓的断裂位置均位于头杆连接处的头下圆角处，断口形貌相似。

图2所示为其中送检断裂螺栓和完好螺栓的侧面宏观形貌，可见螺栓光杆处均存在局部磨损、腐蚀的现象，其中断裂螺栓的磨损、腐蚀痕迹相对更深，如图中箭头所示。

1.2 力学性能检测对断裂螺栓进行表、芯硬度试验，结果如表1所示，结果满足“GB/T 3098.1-2010”对于10.9级螺栓的要求。

1.3 金相检测1.4 螺栓材质分析采用直读光谱法对断裂螺栓进行化学成分分析，结果如表3所示，符合“ASTM A193_A193M-2012b”标准中对B7材料的要求。

2 综合分析断裂螺栓的断口宏观上可见大面积的海滩花样，微观上可见大量疲劳辉纹，呈典型疲劳断裂特征。

风机正常运行时，由于风速大小和强度随机变化，加上风机设备工作产生各种振动，连接上下塔筒的螺栓将长期在交变载荷作用下服役，这种服役环境易使螺栓发生疲劳断裂。

理化检验的结果显示，螺栓的化学成分符合标准规定，芯部金相组织无异常，非金属夹杂物含量较少，头部流线连续且沿头部外形分布，因此可排除因螺栓原材料成分、基体显微组织和低倍组织异常而发生断裂失效的可能。

高强度螺栓断裂分析曾振鹏(上海交通大学高温材料及高温测试教育部重点实验室，上海200030) 摘要:采用断口分析、金相检验和硬度测定等方法，对高强度螺栓断裂原因进行了分析。

断口分析结果表明，断口平坦，呈放射状花样，微观形态主要为准解理花样，表明螺栓的断裂是脆性断裂;同时发现，在断口附近还存在横向内裂纹，内裂纹的断口形态与断裂断口一样。

金相分析表明，材料棒中存在严重的中心碳偏析，而中心碳偏析是引起断裂的主要原因。

关键词:高强度螺栓;准解理;横向内裂纹;中心碳偏析某厂生产的一批规格为M30×160mm的高强度大六角头螺栓，在进行验收试验时发生断裂。

螺栓材料为35CrMoA，采用常规工艺生产，硬度要求为35～39HRC。

1 检验1.1 材料的化学成分用VD25直读光谱仪进行了材料化学成分分析，分析结果(质量分数)列于表1。

从表1可以看出，材料的化学成分符合标准要求。

1.2 硬度测定硬度测定结果列于表2。

由表可见，螺栓材料硬度虽符合技术要求，但已接近上限。

1.3 材料的显微组织(1)在抛光态下，可见材料中含有较严重的夹杂物，其形态、分布见图1。

对照标准[2]，夹杂物级别为3～4级。

图1 夹杂物形态及分布状况100×图2 螺栓的显微组织280×4%硝酸酒精溶液侵蚀(2)显微组织见图2。

组织为回火马氏体+粒状贝氏体，并有少量铁素体。

从图2可明显看出，组织中存在严重偏析，出现回火马氏体和粒状贝氏体带，致使显微组织不均匀，而且在回火马氏体带中存在MnS夹杂。

对样品螺纹根部附近的组织进行了观察，未发现脱碳现象。

1.4 断口分析(1)图3a为断口的宏观形貌，断口较平坦，表面呈灰色，有明显的撕裂脊，呈放射状花样，放射线从中心向四周发射。

表明裂纹先在中心形成，然后向外扩展。

当裂纹扩展至整个横截面时，螺栓断裂。

图3 断口的宏观形貌图4 断口微观形貌(2)断口的微观形态基本上以准解理花样为主，还有一些二次裂纹，如图4所示。