ICS91.040

CCSE487

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CI—2024

高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)

疲勞性能評(píng)價(jià)方法

Evaluationmethodoffatigueperformanceofweldedstructureofhigh-strengthsteelwind

turbinetoweraccessories

（征求意見(jiàn)稿）

2024-XX-XX發(fā)布2024-XX-XX實(shí)施

中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)發(fā)布

高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)方法

1范圍

本文件規(guī)定了高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)方法，也可用于普

碳鋼的相關(guān)評(píng)價(jià)。

本文件適用于空氣環(huán)境下大型風(fēng)電塔筒非承載附屬件結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)值的確定以及高

強(qiáng)鋼材料的選擇和比對(duì)，通過(guò)在選材、供應(yīng)商資質(zhì)評(píng)審或投標(biāo)階段非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)

疲勞性能評(píng)價(jià)，為業(yè)主選擇結(jié)構(gòu)鋼材料和供應(yīng)商提供重要參考。如果涉及到海上風(fēng)電項(xiàng)目，

需要結(jié)合用戶端需求與海洋腐蝕環(huán)境另行評(píng)價(jià)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本

適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。

GB/T1591低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

GB/T28410風(fēng)力發(fā)電塔用結(jié)構(gòu)鋼板

GB/T5313厚度方向性能鋼板

GB/T19072風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架

GB/T3375焊接術(shù)語(yǔ)

GB50661鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范

GB/T12467.1金屬材料熔焊質(zhì)量要求.第1部分質(zhì)量要求相應(yīng)等級(jí)的選擇準(zhǔn)則

GB/T12467.2金屬材料熔焊質(zhì)量要求.第2部分完整質(zhì)量要求

GB/T12467.3金屬材料熔焊質(zhì)量要求.第3部分一般質(zhì)量要求

GB/T12467.4金屬材料熔焊質(zhì)量要求.第4部分基本質(zhì)量要求

GB/T12467.5金屬材料熔焊質(zhì)量要求.第5部分滿足質(zhì)量要求應(yīng)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)文件

JB/T10045熱切割質(zhì)量和幾何技術(shù)規(guī)范

GB/T8110熔化極氣體保護(hù)電弧焊用非合金鋼及細(xì)晶粒鋼實(shí)心焊絲

GB/T39281氣體保護(hù)電弧焊用高強(qiáng)鋼實(shí)心焊絲

GB/T10045非合金鋼及細(xì)晶粒鋼藥芯焊絲

2

GB/T36233高強(qiáng)鋼藥芯焊絲

NB/T47014承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定

NB/T47015壓力容器焊接規(guī)程

ISO15614-1金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)第一部分：鋼的電弧

焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊

ISO15609-1金屬材料焊接工藝規(guī)程和評(píng)定焊接工藝規(guī)程第一部分：電弧焊

GB/T3075金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向力控制方法

ISO1099金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向力控制方法

IIW-2259-15：Recommendationsforfatiguedesignofweldedjointsand

components

DNV-RP-C203Fatiguedesignofoffshoresteelstructures

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T3375確立規(guī)定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)：

3.1

業(yè)主Owner

工程的主管單位或建設(shè)單位，或由其委托并授權(quán)的單位或代表。

3.2

鋼材供應(yīng)商Supplier

風(fēng)電塔架主體結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼生產(chǎn)和供應(yīng)單位。

3.3

必須Shall

表示一種強(qiáng)制性要求的術(shù)語(yǔ)，是達(dá)到某種特定目的或滿足某種特定要求的必要條件。

3.4

高強(qiáng)鋼Highstrengthsteel

根據(jù)風(fēng)電塔架行業(yè)特點(diǎn)與使用習(xí)慣，特指規(guī)定最低屈服強(qiáng)度級(jí)別達(dá)到420MPa及以上

的結(jié)構(gòu)鋼，供貨狀態(tài)包括正火、正火軋制、控軋控冷(TMCP)等。

3.5

風(fēng)電塔筒Windturbinestowertube

3

特指風(fēng)電塔架中應(yīng)用一定規(guī)格的高強(qiáng)鋼板經(jīng)過(guò)卷制成型、縱焊縫焊接形成的錐筒形或

圓筒形部件，是風(fēng)塔中的主要承載結(jié)構(gòu)。

3.6

非承載附屬件Nonloadbearingattachment

用于管路固定、檢修與裝飾目的而通過(guò)周向角焊縫焊接于風(fēng)電塔筒主體結(jié)構(gòu)上的小型

試件或試塊，主要有矩形板狀和中心開(kāi)孔圓柱形兩種基本結(jié)構(gòu)形式，也可以根據(jù)需要由兩

種基本結(jié)構(gòu)形式演化成其他結(jié)構(gòu)形式。

3.7

母材底板Bsaemetalbacking

在設(shè)計(jì)的進(jìn)行疲勞性能評(píng)價(jià)的附屬件焊接結(jié)構(gòu)中，用于模擬風(fēng)塔主體結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)鋼母

材。母材底板是疲勞性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)中的主要承載部件，通過(guò)周向角焊縫與非承載附屬件連

接，在傳遞載荷過(guò)程中，周向角焊縫引起的應(yīng)力集中作用會(huì)降低其疲勞等級(jí)。

3.8

附屬件角焊縫Filletweldoftheattachment

將附屬件與塔筒主體結(jié)構(gòu)母材連接起來(lái)的非熔透周向角焊縫，在實(shí)際服役以及疲勞評(píng)

價(jià)試驗(yàn)加載過(guò)程中，附屬件角焊縫本身不承載，但起到傳遞載荷的作用，并由于傳遞載荷

方向的應(yīng)力集中作用降低塔筒主體結(jié)構(gòu)母材的疲勞等級(jí)。

3.9

焊接適應(yīng)性Weldability

基于特定材料和焊接工藝方法的焊接過(guò)程中形成質(zhì)量與性能良好的焊接接頭的能力，

這里特指從動(dòng)載疲勞性能的維度出發(fā)，高強(qiáng)鋼風(fēng)塔筒體(母材底板)焊接非承載附屬件的適

應(yīng)能力。

3.10

焊接工藝指導(dǎo)書(shū)Proposedweldingprocedurespecification

按照工程項(xiàng)目要求，根據(jù)已有的焊接試驗(yàn)結(jié)果或工程經(jīng)驗(yàn)編制的可用于材料焊接適應(yīng)

性評(píng)價(jià)的焊接工藝指導(dǎo)性文件。

3.11

焊接工藝規(guī)程Weldingprocedurespecification

基于焊接工藝指導(dǎo)書(shū)、經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)合格的可用于材料焊接適應(yīng)性評(píng)價(jià)的一整套詳細(xì)的焊

接技術(shù)規(guī)定和程序。

4

3.12

重要變量Essentialvariables

特指某一重要的條件或因素，當(dāng)其發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對(duì)已經(jīng)評(píng)價(jià)合格的材料焊接適應(yīng)性

結(jié)果產(chǎn)生重要影響，并需要重新按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行焊接適應(yīng)性評(píng)價(jià)。

3.13

高周疲勞性能Highcyclefatigueperformance

材料或焊接結(jié)構(gòu)在一定的循環(huán)交變動(dòng)載荷作用下，在不發(fā)生局部宏觀塑性變形前提下

的疲勞壽命。這里特指高強(qiáng)鋼附屬件焊接結(jié)構(gòu)系列應(yīng)力水平高周疲勞性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)時(shí)得到

的系列條件疲勞壽命。

3.14

疲勞強(qiáng)度特征值Detailedcategaryfatiguestrength

基于固定斜率的高周疲勞S-N曲線、疲勞循環(huán)次數(shù)為2*106次時(shí)對(duì)應(yīng)的疲勞應(yīng)力范圍

值。

4代號(hào)和縮略語(yǔ)

本文件出現(xiàn)的代號(hào)和縮略語(yǔ)規(guī)定如下：

PWPS：焊接工藝指導(dǎo)書(shū)

WPS：焊接工藝規(guī)程

SMAW：手工焊條電弧焊

GMAW：實(shí)心焊絲熔化極氣體保護(hù)半自動(dòng)焊

FCAW-G：藥芯焊絲熔化極氣體保護(hù)半自動(dòng)焊

TIG：手工鎢極氬弧焊

FAT：疲勞強(qiáng)度特征值

σmax：動(dòng)載疲勞最高應(yīng)力值

σmin：動(dòng)載疲勞最低應(yīng)力值

?σ：動(dòng)載疲勞應(yīng)力范圍值，?σ=σmax-σmin

N：特定疲勞載荷條件下循環(huán)次數(shù)(條件疲勞壽命)

5模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)

5.1在實(shí)際服役狀態(tài)的風(fēng)塔結(jié)構(gòu)中，附屬件角焊縫不直接承受正向載荷，僅起到傳遞載荷

的作用。附屬件角焊縫的存在引起了局部應(yīng)力集中，從而降低了風(fēng)塔結(jié)構(gòu)母材的整體疲勞

5

等級(jí)。所以，針對(duì)高強(qiáng)鋼風(fēng)塔非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能的評(píng)價(jià)，實(shí)際上是對(duì)風(fēng)塔筒

體高強(qiáng)鋼母材在附屬件周向角焊縫應(yīng)力集中作用影響下的疲勞性能評(píng)價(jià)。

5.2應(yīng)用待評(píng)價(jià)的高強(qiáng)鋼母材作為底板，厚度為25mm。

5.3采用不區(qū)分鋼級(jí)的具有代表性的矩形板狀附屬件(長(zhǎng)度為50mm)，寬度為12~16mm，平

行試驗(yàn)段母材地板寬度為80mm，如圖1所示。根據(jù)疲勞試驗(yàn)需要，可以保留夾持段寬度

100~120mm。附屬件具體形式由業(yè)主、設(shè)計(jì)方或主機(jī)供應(yīng)商根據(jù)項(xiàng)目需求決定。

5.4在進(jìn)行附屬件焊接結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮帶有非承載附屬件的風(fēng)塔結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)服役

的代表性，又要考慮常用的高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)加載能力。

5.5為了保證在后續(xù)的動(dòng)載疲勞試驗(yàn)過(guò)程中不發(fā)生與母材底板截面或邊緣尖銳棱角相關(guān)

的疲勞失效，母材底板兩截面粗糙度≤Ra3.2，邊緣棱角進(jìn)行適當(dāng)打磨，并基本實(shí)現(xiàn)圓滑過(guò)

渡。

圖1模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔矩形板狀附屬件焊接結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)

1、高強(qiáng)鋼母材底板；2、矩形板狀附屬件；3、附屬件周向角焊縫

6附屬件結(jié)構(gòu)的焊接

6.1為了進(jìn)行模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)，需要針對(duì)圖1設(shè)計(jì)的

結(jié)構(gòu)型式，首先完成附屬件周向角焊縫的焊接。

6

6.2在進(jìn)行附屬件周向角焊縫焊接前，鋼材供應(yīng)商需要結(jié)合風(fēng)電塔筒附屬件現(xiàn)場(chǎng)制造焊接

實(shí)際條件與自身經(jīng)驗(yàn)，編制完成模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔非承載附屬件結(jié)構(gòu)周向角焊縫焊接工藝指

導(dǎo)書(shū)(PWPS)，并提交業(yè)主或權(quán)威第三方審核批準(zhǔn)，只有該P(yáng)WPS經(jīng)過(guò)審核批準(zhǔn)后，方可開(kāi)

始附屬件周向角焊縫的焊接試驗(yàn)。

6.3當(dāng)周向角焊縫質(zhì)量良好、且經(jīng)過(guò)后續(xù)附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)并得到業(yè)主或權(quán)威

第三方認(rèn)可后，PWPS上升為焊接工藝規(guī)程(WPS)，并作為高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊

接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)報(bào)告的一部分提交業(yè)主。

6.4PWPS和WPS應(yīng)包含以下內(nèi)容：

a)高強(qiáng)鋼母材底板信息包括來(lái)源、最終狀態(tài)、強(qiáng)度級(jí)別、厚度、主要化學(xué)成分、碳當(dāng)

量(Ceq)與冷裂紋敏感指數(shù)(Pcm)、實(shí)際的力學(xué)性能(屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、低溫沖擊

韌性、維氏硬度等)

b)非承載附屬件信息包括附屬件種類(lèi)(矩形板狀或中心開(kāi)孔圓柱形)、附屬件材料最

終狀態(tài)、強(qiáng)度級(jí)別、厚度

c)附屬件焊接結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)包括模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔非承載附屬件結(jié)構(gòu)型式、具體尺寸、

焊道布置等，提供詳細(xì)的接頭型式圖

d)焊接方法結(jié)合風(fēng)電塔筒非承載附屬件現(xiàn)場(chǎng)制造焊接特點(diǎn)，模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔附屬件

結(jié)構(gòu)焊接方法選用藥芯焊絲半自動(dòng)焊GMAW

e)焊接材料包括手工電焊條、氣體保護(hù)實(shí)心焊絲、氣體保護(hù)藥芯焊絲、鎢極氬弧焊

絲、保護(hù)氣體等，并提供對(duì)應(yīng)焊接材料的型號(hào)(AWS或GB標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)分類(lèi))、牌號(hào)(廠家和商

標(biāo))、爐批號(hào)、規(guī)格等

f)焊接位置與焊接方向結(jié)合風(fēng)電塔筒非承載附屬件現(xiàn)場(chǎng)制造焊接特點(diǎn)，焊接位置為

平焊，焊接方向?yàn)橹芟蚝附?，可以采用周向連續(xù)焊接，也可以采用附屬件側(cè)向中斷焊接后、

重新起弧對(duì)稱(chēng)焊接，起弧和收弧位置盡可能不在附屬件正向

g)焊接環(huán)境包括環(huán)境溫度、濕度和風(fēng)速

h)電流種類(lèi)與極性電流種類(lèi)是指焊接電源的輸出電流特征，包括直流和交流兩種。

在直流輸出特征情況下，包括焊絲直流正接(DCEP)和直流反接(DCEN)兩種接線方式。電流

種類(lèi)與極性的選擇需要明確

i)焊接電源廠家與型號(hào)提供焊接電源廠家與型號(hào)，對(duì)于多功能焊接裝備，需要明確

具體的焊接模式

7

j)焊接準(zhǔn)備工作明確附屬件與母材底板接觸的底部、周向焊接區(qū)域及其附近清理方

法和范圍

k)預(yù)熱、后熱與焊后熱處理明確是否需要焊前預(yù)熱、后熱與焊后熱處理，如有，規(guī)定

所采用的預(yù)熱、后熱與焊后熱處理制度

l)焊接工藝參數(shù)結(jié)合風(fēng)電塔筒非承載附屬件現(xiàn)場(chǎng)制造焊接特點(diǎn)，明確焊接電流、焊

接電壓、焊接速度、焊接熱輸入范圍、保護(hù)氣體流量等

m)焊后清理規(guī)定焊后周向角焊縫兩側(cè)焊接飛濺物的清理方法，保證不破壞焊道原始

形貌

n)焊后變形控制監(jiān)控焊后模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔附屬件焊接結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向變形角度，如果

超過(guò)3°，需要在焊接過(guò)程中采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧ǖ粌H限于降低焊接熱輸入、背

面采用銅板或水冷等，直至附屬件焊接結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向變形角度小于3°

6.5具體的PWPS和WPS參考格式見(jiàn)附件1。

7附屬件周向角焊縫外觀檢查與無(wú)損檢驗(yàn)

7.1針對(duì)完成焊接的附屬件周向角焊縫，首先進(jìn)行外觀檢查，特別是起到傳遞載荷作用的

附屬件正向角焊縫，不能存在肉眼可見(jiàn)的咬邊、表面氣孔、不均勻尖銳過(guò)渡焊道等可能增

加局部應(yīng)力集中并降低結(jié)構(gòu)整體疲勞性能的宏觀缺陷。

7.2隨機(jī)監(jiān)測(cè)至少5處附屬件正向角焊縫與母材底板連接側(cè)焊角尺寸。根據(jù)一般的鋼結(jié)構(gòu)

焊接設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，附屬件正向角焊縫與母材底板連接側(cè)焊角尺寸lp≥7mm。如圖2所示。

圖2附屬件正向角焊縫焊角尺寸示意圖

1、高強(qiáng)鋼母材底板；2、矩形板狀附屬件；3、附屬件周向角焊縫

7.3如果在周向角焊縫與母材底板側(cè)焊接熱影響區(qū)發(fā)現(xiàn)各種形式的焊接裂紋，需要對(duì)裂紋

試樣進(jìn)行解剖與分析，明確產(chǎn)生焊接裂紋的種類(lèi)和原因，形成分析報(bào)告與解決方案，并報(bào)

8

業(yè)主和第三方知曉。同時(shí)，有針對(duì)性調(diào)整焊接工藝指導(dǎo)書(shū)后重新進(jìn)行焊接與檢驗(yàn)，直至該

位置沒(méi)有焊接裂紋缺陷為止。

7.4如果在周向角焊縫與母材底板側(cè)焊接熱影響區(qū)以外的位置發(fā)現(xiàn)各種形式的焊接裂紋，

供應(yīng)商自行采取措施避免焊接裂紋的產(chǎn)生，但需要在最終的報(bào)告中加以說(shuō)明。

8附屬件焊接結(jié)構(gòu)高周疲勞試驗(yàn)

8.1針對(duì)完成外觀檢查(無(wú)損檢驗(yàn))的模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔附屬件焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)合其實(shí)際服役特

點(diǎn)，進(jìn)行系列應(yīng)力水平高周疲勞試驗(yàn)，通過(guò)擬合疲勞S-N曲線并提取疲勞強(qiáng)度特征值，評(píng)

估模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔附屬件焊接結(jié)構(gòu)實(shí)際疲勞等級(jí)，以此作為高強(qiáng)鋼風(fēng)塔筒體選材依據(jù)。

8.2考慮到焊接結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)結(jié)果影響因素眾多以及由此導(dǎo)致的固有的數(shù)據(jù)離散性特點(diǎn)，

為了使實(shí)際測(cè)試得到的附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞S-N曲線更加符合統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，并對(duì)高強(qiáng)風(fēng)塔

筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材具有直接的指導(dǎo)作用，采用三個(gè)不同應(yīng)力范圍值(Δσ)完成附屬件焊

接結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)，每個(gè)應(yīng)力范圍值(Δσ)得到3個(gè)有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)，累計(jì)得到9個(gè)有效試驗(yàn)

數(shù)據(jù)，并據(jù)此擬合S-N曲線。

8.3針對(duì)模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔附屬件焊接結(jié)構(gòu)，高周疲勞S-N曲線試驗(yàn)要求規(guī)定如下：

a)試驗(yàn)遵循標(biāo)準(zhǔn)：GB/T3075或ISO1099

b)數(shù)據(jù)處理參考標(biāo)準(zhǔn)：IIW-2259-15與DNV-RP-C203

c)利用經(jīng)過(guò)有效校準(zhǔn)的高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)或液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行軸向拉伸加載疲

勞試驗(yàn)，平均力示值相對(duì)誤差的最大允許值為±1%，力波動(dòng)度0.5%F·S

d)考慮到小尺寸試樣焊接殘余應(yīng)力小于實(shí)際焊接結(jié)構(gòu)件及其對(duì)疲勞測(cè)試結(jié)果的影響，

應(yīng)力比R=0.5，同軸度小于5%

e)試驗(yàn)溫度為室溫，無(wú)需試樣加熱。環(huán)境濕度為不超過(guò)50%RH。同時(shí)，利用紅外測(cè)溫

儀隨機(jī)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中試樣溫度，如果因?yàn)檠h(huán)交變加載引起試驗(yàn)過(guò)程中試樣溫度超過(guò)

80℃，則需要采取局部吹冷風(fēng)等降溫措施

f)為了消除疲勞試驗(yàn)過(guò)程中由于疲勞試樣宏觀形狀因素導(dǎo)致的應(yīng)力升高效應(yīng)對(duì)測(cè)得

的名義應(yīng)力的影響，使用應(yīng)變片采集并修正名義應(yīng)力。應(yīng)變片需要放置在試樣正反兩面的

焊縫兩側(cè)缺口應(yīng)力集中區(qū)域以外。根據(jù)實(shí)際的焊接工藝方法及其造成的焊縫應(yīng)力集中區(qū)域

范圍與應(yīng)力梯度，應(yīng)變片應(yīng)位于平行試驗(yàn)段，且距離焊趾位置不小于母材底板厚度

g)對(duì)于每個(gè)應(yīng)力范圍值(Δσ)的首個(gè)疲勞試樣，使用應(yīng)變片采集并修正名義應(yīng)力，同

時(shí)得到修正系數(shù)。對(duì)于同一應(yīng)力范圍值(Δσ)的剩余2個(gè)疲勞試樣，不再重復(fù)使用應(yīng)變片

監(jiān)測(cè)，直接利用前述修正系數(shù)進(jìn)行名義應(yīng)力修正

9

h)試驗(yàn)結(jié)束判據(jù)：當(dāng)附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞試樣內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋導(dǎo)致試驗(yàn)機(jī)加載頻率大

幅度降低、或者出現(xiàn)裂紋失效、或者循環(huán)次數(shù)達(dá)到2×106次，停止試驗(yàn)

i)試驗(yàn)結(jié)果有效性判定：(a)檢查完成試驗(yàn)的附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞試樣斷裂位置。如

果從附屬件正向角焊縫與母材底板連接側(cè)焊趾位置開(kāi)裂，認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果有效；(b)如果從

附屬件正向角焊縫與附屬件連接側(cè)焊趾位置開(kāi)裂，則試驗(yàn)結(jié)果僅供參考，不參與后續(xù)疲勞

S-N曲線擬合；(c)如果從其他位置斷裂，包括但不僅限于周向角焊縫金屬、側(cè)向角焊縫

金屬或焊趾、母材底板任意部位、夾持部位等，認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效，需要重新取樣進(jìn)行試

驗(yàn)

j)每個(gè)應(yīng)力范圍(Δσ)的疲勞循環(huán)次數(shù)位于5×104~2×106次。否則，認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果無(wú)

效，需要適當(dāng)升高或降低應(yīng)力范圍值(Δσ)，重新進(jìn)行試驗(yàn)

k)如果在焊態(tài)下進(jìn)行附屬件結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)，固定斜率m=3，應(yīng)用所有應(yīng)力水平下得到

的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行S-N曲線擬合。

l)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析參照IIW-2259與DNV-RP-C203標(biāo)準(zhǔn)要求?？紤]試驗(yàn)數(shù)量對(duì)

應(yīng)的特征值k以及標(biāo)準(zhǔn)偏差，擬合得到存活率為97.7%、雙側(cè)置信度為75%的試驗(yàn)S-N曲

線。如圖4所示。

m)從試驗(yàn)S-N曲線中提取對(duì)應(yīng)疲勞循環(huán)次數(shù)N=2×106次的應(yīng)力范圍值Δσ，作為實(shí)

際測(cè)試對(duì)接接頭疲勞強(qiáng)度特征值，記作FAT，如圖4所示。

n)橫向比較普碳鋼與高強(qiáng)鋼附屬件焊接結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)疲勞強(qiáng)度特征值FAT，并分別與IIW

2259標(biāo)準(zhǔn)FAT80或DNV-RP-C203標(biāo)準(zhǔn)E級(jí)S-N曲線疲勞強(qiáng)度水平進(jìn)行對(duì)比，綜合評(píng)估高

強(qiáng)鋼附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能。

10

圖4高存活率/高置信度S-N曲線與疲勞強(qiáng)度特征值FAT示意圖

9構(gòu)成重新評(píng)價(jià)的重要變量

9.1本標(biāo)準(zhǔn)基于風(fēng)電塔筒非承載附屬件現(xiàn)場(chǎng)制造焊接條件，進(jìn)行模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔附屬件焊

接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)，從附屬件周向角焊縫引起的應(yīng)力集中作用對(duì)母材底板疲勞性能的影

響角度出發(fā)，評(píng)估高強(qiáng)鋼母材在附屬件焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的適應(yīng)性，為業(yè)主選材提供重要依

據(jù)和指導(dǎo)。

9.2對(duì)于特定材料和工藝組合條件下完成的附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)結(jié)果，當(dāng)相關(guān)重

要變量發(fā)生改變時(shí)，需要重新進(jìn)行評(píng)價(jià)。

9.3構(gòu)成重新評(píng)價(jià)的重要變量如下：

a)不同的鋼材生產(chǎn)制造體系(供應(yīng)商)(a)不同的材料供應(yīng)商提供的高強(qiáng)鋼板，均需

要進(jìn)行模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)；(b)對(duì)于同一鋼材供應(yīng)商的不同生

產(chǎn)制造基地和產(chǎn)線，如果有足夠的證據(jù)和數(shù)據(jù)證明其同種材料具有均勻一致的附屬件焊接

適應(yīng)性，則不需要重新進(jìn)行評(píng)價(jià)

b)同一鋼材生產(chǎn)制造體系內(nèi)不同的鋼材實(shí)際抗拉強(qiáng)度范圍包括五個(gè)強(qiáng)度范圍分組：

≤450MPa、450~510MPa、510~570MPa、570~630MPa、630~690MPa。高強(qiáng)度分組的評(píng)價(jià)結(jié)果

不能覆蓋低強(qiáng)度分組而免于重新評(píng)價(jià)

c)同一鋼材生產(chǎn)制造體系內(nèi)具有相同的實(shí)際抗拉強(qiáng)度范圍的鋼材，不同的供貨狀態(tài)

(包括但不僅限于正火、正火軋制、TMCP、調(diào)質(zhì)處理等)與母材組織類(lèi)型(包括但不僅限于鐵

素體、鐵素體+珠光體、鐵素體+貝氏體等)

11

d)供貨鋼板Ceq值超過(guò)模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)所用母材底板Ceq

值0.06

e)供貨鋼板Pcm值超過(guò)模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)所用母材底板Pcm

值0.03

f)供貨鋼板碳含量超過(guò)模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)所用母材底板

碳含量的0.06%

g)焊接方法不同的焊接方法均構(gòu)成重新評(píng)價(jià)的重要變量

h)附屬件正向角焊縫與母材底板連接側(cè)焊角尺寸lp的變化率超過(guò)50%

9.4當(dāng)上述構(gòu)成重新評(píng)價(jià)的重要變量以外的其他因素發(fā)生變更時(shí)，包括但不僅限于母材底

板厚度、附屬件種類(lèi)(傳遞載荷方向同等長(zhǎng)度的矩形板狀或中心開(kāi)孔圓柱形附屬件)、附屬

件材料種類(lèi)與厚度、同類(lèi)焊接材料型號(hào)與生產(chǎn)廠家等，在征得業(yè)主和權(quán)威第三方同意并對(duì)

已有的評(píng)價(jià)報(bào)告做出合理的解釋與說(shuō)明后，可以不進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。

9.5在結(jié)構(gòu)鋼材料與供應(yīng)商篩選階段開(kāi)展的高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞

性能評(píng)價(jià)，業(yè)主和主機(jī)供應(yīng)商擁有對(duì)構(gòu)成重新評(píng)價(jià)重要變量以及評(píng)價(jià)頻次的最終決定權(quán)，

所有評(píng)價(jià)結(jié)果可以作為材料供應(yīng)商優(yōu)劣比選的重要依據(jù)。

10高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)報(bào)告

高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：

a)底板母材與焊接材料質(zhì)量證明書(shū)。同時(shí)，為了證明所匹配的焊接材料的穩(wěn)定性，焊

材供應(yīng)商需要提供相同領(lǐng)域使用證明和必要的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、報(bào)告；

b)附屬件焊接工藝過(guò)程記錄與焊接工藝規(guī)程(WPS)；

c)焊接操作人員資質(zhì)證明；

d)附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞評(píng)價(jià)報(bào)告(包括試樣尺寸、溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、偏心量測(cè)量數(shù)據(jù)、有

效性記錄、無(wú)效試樣記錄與說(shuō)明、擬合S-N曲線與疲勞強(qiáng)度特征值FAT提取、典型試樣疲

勞斷口圖等)；

e)檢測(cè)試驗(yàn)室CNAS資質(zhì)證明；

f)所有檢測(cè)設(shè)備有效計(jì)量報(bào)告；

g)整體評(píng)價(jià)結(jié)論。

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附錄A

資料性

PWPS和WPS格式

單位名稱(chēng)：

適用范圍：

焊接工藝指導(dǎo)書(shū)(PWPS)或焊接工藝規(guī)程(WPS)編號(hào)：

焊接方法組合：日期：

底板母材金屬與附屬件：

焊接材料：

母材鋼級(jí)：厚度(mm)：

焊材種類(lèi)：

母材廠家：

焊材執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：

母材執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：

焊材型號(hào)：

Ceq：Pcm：

焊材牌號(hào)：

附屬件類(lèi)型與尺寸：

焊材規(guī)格：

附屬件材質(zhì)：

附屬件焊接結(jié)構(gòu)整體型式與尺寸(附簡(jiǎn)圖)：

焊接環(huán)境：焊前準(zhǔn)備工作：

環(huán)境溫度(℃)：焊前組對(duì)方式：

環(huán)境濕度(RH)：焊前組對(duì)方法：

環(huán)境風(fēng)速：焊前清理方式：

焊前預(yù)熱、層間溫度控制與焊后處理：

焊接設(shè)備特征：

焊前預(yù)熱溫度與預(yù)熱