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摘要：
风力发电机组上使用的高强度螺栓，基本采用热锻的工艺方法锻造成型的。目前的紧固件行业内许多厂家在较大规格螺栓热锻工序还是由人工控制的加热过程，由操作人员判断螺栓的始锻温度，容易带入人为因素，造成螺栓头部因过热或过烧出现的掉头的情况。
关键字：高强度螺栓、紧固件行业、热锻成型、始锻温度；
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1. 绪论
风力发电机组上使用高强度螺栓，作为主机、叶片、塔架和齿轮箱之间的链接件，与机组一起承担了构件基本功能的各项要求。因此，风电紧固件在技术上有一系列特点：高强度、高精度、服务条件严酷；它随主机一起常年经受极端温度考验，承受高温和低温的侵蚀、振动、重载等；除了受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，还受到复杂多变的轴向载荷、横向剪切载荷以及弯曲载荷，有时还受到冲击载荷；横向交变载荷会引起螺栓的松动，轴向的交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂。
2.高强螺栓头部成型工艺
螺栓头部成型工艺主要有冷镦成型和热锻成型。
根据研究显示，当螺栓规格变大时，冷镦掉头的数量较大。另外，目前能够冷镦螺栓的最大规格只能到M36，且螺栓长度有所限制。综合考虑不利因素和设备能力的限制，在风电行业中，大规格的螺栓头部基本上都不再采用冷镦成型工艺，
国内高强螺栓厂家在加工大规格六角头螺栓的六角头时，基本都采用热锻成型工艺。热锻成型工艺中使用中频感应加热方式，加热螺栓棒料的一端一定的长度，加热到一定的温度后在压力机上完成成型加工。
3.高强螺栓热锻成型工艺分析
热锻成型工艺在风电行业已经使用多年，是比较安全和可靠的螺栓头部成型工艺。但是，依据目前的高强螺栓厂家的实际情况，大部分厂家在热锻工序还是依靠操作人员控制螺栓的加热和始锻温度，这将会给批量生产的螺栓带入人为因素造成的质量隐患。
3.1 热锻成型温度
锻造温度范围的确定原则：保证金属锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力，并使锻件获得所希望的组织和性能。始锻温度：为了防止产生过热或过烧，一般比固相线低150-250℃，且含碳量增大钢的熔点下降从而始锻温度下降。终锻温度：大约在铁碳相图A1线以上20-80℃。终锻温度过高，停锻之后内部晶粒长大或析出第二相，终锻温度过低会造成加工硬化，导致锻件开裂或组织不均匀。所以终锻温度应高于再结晶温度50-80℃。且合金元素增多，再结晶温度上升，终锻温度升高，锻造温度范围变窄。
目前，风电行业中大规格螺栓常用的42CrMoA、B7、35VB这三种常用材料，依据材料的特点和生产实践中的验证，确定了这三种材料在制造不同规格螺栓时的锻造温度，温度范围如表1：
表1风电螺栓常用材料的锻造温度
随着生产技术的改进，目前紧固件行业在格螺栓的热锻、碾压成型工序都采用了中频加热的方法。
3.3 中频感应加热
感应加热是利用电磁感应在导体内产生的涡流发热来加热工件的电加热方式，它是依靠感应器通过电磁感应把电能传递给被加热的金属，电能在金属内部转变为热能，达到加热金属的目的。
在工件的加热过程中分为透入式加热和传导式加热。螺栓棒料在冷态下感应电流的透入厚度δ（mm）符合公式1，
ｘ1 …………………… 公式1
式中 f——电流频率（Hz）、——相对磁导率、——电阻率（Ω·m）
760℃时，ρ=102хΩm；
950℃时，ρ=110.1хΩm；
居里点（~760℃）以上时，对各类钢，，即磁导率等于绝对磁导率。
螺栓热锻温度基本在900℃以上，故取电阻率ρ=110.1хΩm；磁导率，代入公式1，可以计算出中频加热频率在f=500~10000Hz的范围内不同频率的透入深度。
通过计算可以看出，当电磁感应频率越低时，透入的深度就越大，但是加热的速度将会越慢。当电磁感应频率越高时，透入的深度就越小，加热的速度就会越快。
4.结论
通过以上几个方面的分析，在生产规模不同的情况选用不同的方式：
中、小批量生产规模，建议选用螺旋状加热线圈，加热温度参照表3，加热过程中必须要有红外测温设备进行全程监控加热温度，感应加热的频率参照表5。
大批量的生产的情况下，建议选用槽式加热装置（此类设备容易实现设备自动化操作控制工件裝、取的加热过程），加热温度参照表3，加热过程中必须要有红外测温设备进行全程监控加热温度，感应加热的频率参照表5。
表5 推荐的感应加热频率
参考文献
[1] 商金玉：浅谈轮对中频感应加热原理与构成 《机械设计与制造》1996
[2] 刘雷、李培耀：高强度螺栓材料的研究现状与趋势上海工程技术大学学报 2010 年6 月
[3] 顾青丽、张先鸣：紧固件线材棒料在风电高强度螺栓中的应用
[4] 付作平：浅析冷镦螺栓掉头的原因及改善措施 紧固件技术2005年第三期
[5] 沈家声、孙富：热锻工艺改造技术经济效益分析 紧固件技术1997年第二期
[6]GB／T 3098.2-2000 紧固件机械性能 螺母 粗牙螺柱
风力发电机组上使用的高强度螺栓，基本采用热锻的工艺方法锻造成型的。目前的紧固件行业内许多厂家在较大规格螺栓热锻工序还是由人工控制的加热过程，由操作人员判断螺栓的始锻温度，容易带入人为因素，造成螺栓头部因过热或过烧出现的掉头的情况。
关键字：高强度螺栓、紧固件行业、热锻成型、始锻温度；
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1. 绪论
风力发电机组上使用高强度螺栓，作为主机、叶片、塔架和齿轮箱之间的链接件，与机组一起承担了构件基本功能的各项要求。因此，风电紧固件在技术上有一系列特点：高强度、高精度、服务条件严酷；它随主机一起常年经受极端温度考验，承受高温和低温的侵蚀、振动、重载等；除了受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，还受到复杂多变的轴向载荷、横向剪切载荷以及弯曲载荷，有时还受到冲击载荷；横向交变载荷会引起螺栓的松动，轴向的交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂。
2.高强螺栓头部成型工艺
螺栓头部成型工艺主要有冷镦成型和热锻成型。
根据研究显示，当螺栓规格变大时，冷镦掉头的数量较大。另外，目前能够冷镦螺栓的最大规格只能到M36，且螺栓长度有所限制。综合考虑不利因素和设备能力的限制，在风电行业中，大规格的螺栓头部基本上都不再采用冷镦成型工艺，
国内高强螺栓厂家在加工大规格六角头螺栓的六角头时，基本都采用热锻成型工艺。热锻成型工艺中使用中频感应加热方式，加热螺栓棒料的一端一定的长度，加热到一定的温度后在压力机上完成成型加工。
3.高强螺栓热锻成型工艺分析
热锻成型工艺在风电行业已经使用多年，是比较安全和可靠的螺栓头部成型工艺。但是，依据目前的高强螺栓厂家的实际情况，大部分厂家在热锻工序还是依靠操作人员控制螺栓的加热和始锻温度，这将会给批量生产的螺栓带入人为因素造成的质量隐患。
3.1 热锻成型温度
锻造温度范围的确定原则：保证金属锻造温度范围内具有较高的塑性和较小的变形抗力，并使锻件获得所希望的组织和性能。始锻温度：为了防止产生过热或过烧，一般比固相线低150-250℃，且含碳量增大钢的熔点下降从而始锻温度下降。终锻温度：大约在铁碳相图A1线以上20-80℃。终锻温度过高，停锻之后内部晶粒长大或析出第二相，终锻温度过低会造成加工硬化，导致锻件开裂或组织不均匀。所以终锻温度应高于再结晶温度50-80℃。且合金元素增多，再结晶温度上升，终锻温度升高，锻造温度范围变窄。
目前，风电行业中大规格螺栓常用的42CrMoA、B7、35VB这三种常用材料，依据材料的特点和生产实践中的验证，确定了这三种材料在制造不同规格螺栓时的锻造温度，温度范围如表1：
表1风电螺栓常用材料的锻造温度
随着生产技术的改进，目前紧固件行业在格螺栓的热锻、碾压成型工序都采用了中频加热的方法。
3.3 中频感应加热
感应加热是利用电磁感应在导体内产生的涡流发热来加热工件的电加热方式，它是依靠感应器通过电磁感应把电能传递给被加热的金属，电能在金属内部转变为热能，达到加热金属的目的。
在工件的加热过程中分为透入式加热和传导式加热。螺栓棒料在冷态下感应电流的透入厚度δ（mm）符合公式1，
ｘ1 …………………… 公式1
式中 f——电流频率（Hz）、——相对磁导率、——电阻率（Ω·m）
760℃时，ρ=102хΩm；
950℃时，ρ=110.1хΩm；
居里点（~760℃）以上时，对各类钢，，即磁导率等于绝对磁导率。
螺栓热锻温度基本在900℃以上，故取电阻率ρ=110.1хΩm；磁导率，代入公式1，可以计算出中频加热频率在f=500~10000Hz的范围内不同频率的透入深度。
通过计算可以看出，当电磁感应频率越低时，透入的深度就越大，但是加热的速度将会越慢。当电磁感应频率越高时，透入的深度就越小，加热的速度就会越快。
4.结论
通过以上几个方面的分析，在生产规模不同的情况选用不同的方式：
中、小批量生产规模，建议选用螺旋状加热线圈，加热温度参照表3，加热过程中必须要有红外测温设备进行全程监控加热温度，感应加热的频率参照表5。
大批量的生产的情况下，建议选用槽式加热装置（此类设备容易实现设备自动化操作控制工件裝、取的加热过程），加热温度参照表3，加热过程中必须要有红外测温设备进行全程监控加热温度，感应加热的频率参照表5。
表5 推荐的感应加热频率
参考文献
[1] 商金玉：浅谈轮对中频感应加热原理与构成 《机械设计与制造》1996
[2] 刘雷、李培耀：高强度螺栓材料的研究现状与趋势上海工程技术大学学报 2010 年6 月
[3] 顾青丽、张先鸣：紧固件线材棒料在风电高强度螺栓中的应用
[4] 付作平：浅析冷镦螺栓掉头的原因及改善措施 紧固件技术2005年第三期
[5] 沈家声、孙富：热锻工艺改造技术经济效益分析 紧固件技术1997年第二期
[6]GB／T 3098.2-2000 紧固件机械性能 螺母 粗牙螺柱