風能是一種清潔的可再生能源，風電作為新能源發(fā)電領(lǐng)域最成熟的技術(shù)之一，為社會生產(chǎn)生活用電提供著堅實保障。根據(jù)國家能源局相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至2025年8月底，全國累計風電裝機容量達5.8億千瓦，增速顯著。

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未來風電的可持續(xù)發(fā)展與多種因素有關(guān)，風電機組中關(guān)鍵零部件的品質(zhì)與材料、風電機組整體的可靠性等無疑占據(jù)重要地位，而作為不可或缺的緊固件，高強螺栓的質(zhì)量把控更是意義重大。在風電場中，風電高強螺栓應用在風機塔架、底法蘭、中間法蘭、頂法蘭、葉輪、葉根與變槳軸承等多個關(guān)鍵部位。風電高強螺栓質(zhì)量會直接影響風電機組的承載能力、使用壽命及安全、性能，但由于高強螺栓長期野外服役，環(huán)境惡劣，維修條件差，對風電機組緊固件的壽命要求就變得更為嚴格。

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但不可否認的是，近年來風電機組高強螺栓斷裂事故也時有發(fā)生，或是塔筒連接處高強螺栓疲勞斷裂，或是輪轂與主軸間的關(guān)鍵連接螺栓斷裂引發(fā)連鎖失效，最終導致塔筒倒塌。因此，高強螺栓等小部件的質(zhì)量安全與機組整體質(zhì)量緊密相連，風電機組的安全在很多時候，也往往藏在這些不起眼的細節(jié)里。

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風電機組投入運營后，在復雜環(huán)境作用下，高強螺栓不僅會受到軸向預緊拉伸載荷的作用，還會受附加的拉伸交變載荷、橫向剪切交變載荷或由此復合而成的彎曲載荷的作用，甚至還會受到?jīng)_擊載荷的影響。高強螺栓受力情況具有典型的部位特征，易形成斷裂高發(fā)區(qū)，如變槳軸承與輪轂部分、軸心部分等。

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斷裂失效形式

斷裂是風電高強螺栓最危險的失效形式之一，根據(jù)其斷裂機理、微觀特征及誘發(fā)條件，可進一步細分為不同類型。

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1. 脆性斷裂

脆性斷裂多發(fā)生在低溫環(huán)境、螺栓材料存在缺陷或熱處理工藝不當?shù)膱鼍埃瑪嗔亚皫缀鯚o明顯塑性變形，螺栓突然斷裂，可能引發(fā)葉片、主軸、塔筒等風機關(guān)鍵部件連接失效，嚴重時導致整機倒塌。

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脆性斷裂斷口整體平齊，與螺栓軸線垂直，呈暗灰色或金屬光澤，無明顯塑性變形痕跡。微觀觀察可見解理面、河流花樣等典型脆性斷裂形貌，裂紋多起源于表面缺陷或內(nèi)部夾雜物聚集區(qū)，可通過低溫沖擊試驗和掃描電鏡觀察判定。

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2. 疲勞斷裂

疲勞斷裂是風電高強螺栓最常見的斷裂類型。風機運行時，葉片旋轉(zhuǎn)、氣流波動會使螺栓承受周期性交變載荷，長期作用下螺栓表面或內(nèi)部的微小裂紋會逐漸擴展，至臨界尺寸后最終導致斷裂。疲勞斷裂通常有明顯的疲勞源區(qū)、疲勞擴展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)，主軸與齒輪箱連接、塔筒法蘭、葉片根部等部位螺栓疲勞斷裂最為集中。

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3. 過載斷裂

當螺栓承受的載荷超過其屈服強度甚至抗拉強度時，會發(fā)生過載斷裂。常見原因包括：安裝時過度擰緊、風機運行中出現(xiàn)異常載荷、螺栓選型錯誤等。過載斷裂的斷口通常較為粗糙，且伴隨明顯的塑性變形，如螺栓桿部變細、螺紋拉伸變形。

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質(zhì)量守護

防范風電高強螺栓斷裂，科學守護風電運營安全，需從多個方面進行著手，包括材料及成品質(zhì)量、安裝質(zhì)量、運營監(jiān)控等多個環(huán)節(jié)。

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通過光譜分析核查螺栓鋼的化學元素是否符合標準，避免因合金元素含量不達標影響強度；借助金相顯微鏡觀察內(nèi)部組織，排查是否存在粗大馬氏體、網(wǎng)狀碳化物等缺陷，防止材料韌性不足。

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檢查螺紋牙型精度、表面粗糙度，排查是否存在毛刺、裂紋等缺陷，減少應力集中點；檢測螺紋脫碳層厚度，防止脫碳導致表面強度下降，誘發(fā)疲勞裂紋；開展硬度、抗拉強度、屈服強度、保證載荷試驗等測試，確保螺栓承載能力達標；進行沖擊韌性試驗，避免因低溫韌性差引發(fā)脆性斷裂；通過無損檢測排查熱處理過程中可能產(chǎn)生的內(nèi)部裂紋等內(nèi)部缺陷。

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在對風電高強螺栓進行安裝時，應做好預緊力等方面的檢測，確保預緊力符合設(shè)計要求，避免因預緊力不足或過高引發(fā)斷裂。還要及時排查是否存在偏斜、支撐面不平整等問題；確認防松結(jié)構(gòu)安裝正確，防止后續(xù)松動加劇磨損和疲勞。

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運營維護時，通過日常或定期巡檢觀察螺栓表面是否有腐蝕、裂紋、變形等跡象；根據(jù)實際需要采用超聲檢測、磁粉檢測等手段，排查螺栓內(nèi)部及表面隱藏裂紋，尤其關(guān)注螺紋根部、圓角等應力集中部位實際情況。

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在做好相關(guān)質(zhì)量檢測的同時，也應加強對高強螺栓失效的動態(tài)監(jiān)測，尤其要跟蹤服役過程中的載荷變化和設(shè)備振動情況，當載荷超出設(shè)計范圍或振動異常時，及時預警并停機檢查，避免過載或振動加劇導致斷裂。

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結(jié)語

風電高強螺栓作為保障風機安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵連接部件，其斷裂失效可能引發(fā)設(shè)備故障甚至重大安全事故，因此全生命周期的質(zhì)量把控至關(guān)重要。加強對高強螺栓的質(zhì)量控制，按照相關(guān)標準規(guī)范進行多維度質(zhì)量檢測，做到防患于未然，不僅能夠有效減少事故的發(fā)生，也更有利于我國風電行業(yè)的長遠發(fā)展。