风电塔筒制造技术及质量控制探讨冯晏

风电塔筒制造技术及质量控制探讨冯晏
发布时间：2021-12-22T07:53:24.755Z 来源：《基层建设》2021年第21期作者：冯晏[导读] 近年来，随着我国社会经济的快速发展
十九冶集团西昌设备结构有限公司四川凉山 615000摘要：近年来，随着我国社会经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，对电能的需求不断增大，当前，我国以新能源理念开展风力发电项目，风力发电的塔杆就是指风电塔筒，其发挥的作用主要为支撑风力发电机组，且对机组振动起着吸收作用。

风电塔筒的制作质量关系机组运行安全，风力发电高塔中，塔筒是风力发电的基础部件，因为塔筒的体积过大，在制造时需要进行分段制造，然后用法兰将塔筒的分段进行连接，进行发电机组的组装。

若在法兰焊接过程中出现了操作失误或参数错误，就会导致法兰变形，从而影响塔筒焊接质量。

因此，针对风电塔筒法兰焊接变形控制的工艺进行分析，提出了控制变形的技术手段，有效的控制法兰焊接过程中的变形，更好的保障风电塔筒安全平稳的运行。

关键词：风电塔筒；制造技术；质量控制引言
塔筒作为风电机组重要支撑部件，其高度较高，而且直径较大，通常采取分段生产的方式，进行制作、运输、安装，段与段之间的连接，依靠的是锻造法兰。

由于焊后需要进行精确装配，对于锻造法兰的尺寸要求较高，因此加强此课题的研究，有着必要性。

1风电塔筒塔架的制造工艺(1)板材切割口的大小与焊接坡口都应在满足设计要求的前提下进行板材下料工序。

另外需要注意以下几点:①尽量进行成套下料，保障后续小拼装工序的进行。

②切割前标记好板材的炉批号、材质等钢板信息。

③焊接坡口的大小与类型需要满足焊接工艺。

(2)确定好圆筒的圆度满足设计需求。

卷筒施工时需要注意以下 4 点:①处理压头时，需要按照设计要求进行压头与弧度的预留。

②样板卡弧的操作符合要求。

③卷板前需要清理待卷板材与操作环境。

④在筒体出现凹凸时，需要立即对其测量，若超过规定范围，立即重新回圆。

(3)进行组拼单元与拼装法兰时，要保证法兰平面度与角变形量。

需要注意的是:①拼接过程中相邻筒节的纵焊缝需错开 180°。

②环缝间隙需要均匀，间距也应该满足要求。

③单元筒节无法对接时不能依靠外力强行组拼，以免出现应力集中的情况。

④各塔筒设计方的要求不一样，也有板中对齐的方式。

⑤筒体与法兰焊接时，角变形量和平面度需要满足标准。

2塔筒焊接变形原因现阶段，塔筒制作使用的材料材质多为低合金钢，基本是 Q355 系列，法兰多为 Q355C/D/E-Z25 材料，基于质量要求，碳当量小于 0.45%，焊接性也好。

锻造法兰和筒节焊接后，在多层焊缝中，会出现拉应力。

焊接变形主要发生在加热阶段与冷却阶段。

塔筒制作成段后，基于法兰平面度的要求，顶法兰要小于 0.8mm，其他锻造法兰则要小于 1.5-2.0mm，具体依据风机厂的技术要求。

法兰椭圆度要控制在 2mm 内；法兰内倾顶锻造法兰在 0-0.5mm 范围内，其余法兰控制在 0-1.5mm 范围内。

锻造法兰焊接常见问题：由于法兰较大，通常其直径能够达到 4m 或以上，厚度在 100-200mm 范围内，对焊接精度要求较高，平面度不得＞2mm，内倾不得＞2mm。

焊接过程中，热输入不均匀，使得法兰公差难以有效控制，若公差不合格，返修校正困难。

3风电塔筒法兰焊接技术手段及质量控制措施3.1 反变形法按照风机厂提供的图纸与生产要求，在进行法兰加工过程中，将法兰加工成内倾状态。

内倾量取决于和法兰连接板的厚度。

焊接后法兰会产生回弹情况，但是需要确保内倾数值在技术规范的要求范围之内。

另外，各层焊接时要注意不能出现间断，需要一次性完成。

此方式的优点是:技术简易，操作性强。

此方式的缺点是:焊接前无法保证内倾量是否在设计要求与技术规范的允许范围之内。

3.2 刚性固定法进行法兰与一个筒节的组对之后，需要将之前配对成功的法兰把在一起。

需要注意的是，要准备一把特定的把紧工具，如果用螺栓进行把紧，会影响埋弧焊机的操作，若法兰经过高温膨胀，螺丝会受到损害，最后导致螺丝无法取下来，法兰分不开。

另外，需要选用 6 个加紧工具等分布置。

此方式的优点是:技术简易，对电焊要求较低，只要满足对应的焊接流程就可以进行操作。

此方式的缺点是:就整体操作流程而言，工序较为繁琐，工作量也有所增加。

3.3 对角固定法
为了让法兰焊接之后可以达到塔架制造技术的要求，在进行法兰把紧连接时，需要加上 3～4mm 的垫片来防止焊接的变形，垫片需要用到 6 个，在 2 个垫片之间还需要使用定位销进行连接，在法兰内圆圆周平均分布;顶法兰把紧的时候，需要机上 6 个 1.2～1.8mm 的垫片，垫片之间也需要用定位销进行连接，在法兰内圆圆周平均分布;进行法兰把紧时，需要均匀对称，法兰外缘的连接也需要十分紧密。

在这其中，加入定位销是为了在拆除的时候更加简单方便，而且完全依照工艺进行，可以减少间隙量与法兰的变形几率。

3.4 合理运用埋弧技术
在进行法兰和筒节的焊接作业时，利用埋弧自动焊，开展焊接作业。

在正式焊接作业前，需要做好预热处理，通常控制在 100-150℃范围内。

当多层焊接时，必须彻底清除前一层焊道的焊渣、裂纹，包括断续定位的焊缝、较大气孔或者夹渣等，决不能焊接覆盖，而要先修复再进行下一层焊接。

焊缝与母材应圆滑过渡，焊缝和热影响区表面不允许有裂纹、开放型缩孔、气孔、夹渣、未熔合及低于焊缝高度的弧坑等，不允许有深度＞ 0.5mm 的咬边，熔渣、毛刺等应清理干净。

3.5 选用合理的焊接顺序
风电塔筒为了错开风机运行的共振频率，需要在塔筒相邻钢板的选择中注意厚度的差别。

正常情况下，钢板的厚度范围在 12～55mm。

和法兰焊接的钢板厚度也各有差异，一般是在 15～35mm。

所以，在进行焊接排序时需要注意钢板厚度之间的差异，从而才能进行法兰内倾的管控。

进行厚钢板的焊接时，需要先进行内口的焊接，再进行外口的清根，因为内口焊接的次数比外口焊接的次数多，就会导致法兰的内倾变大。

而在进行薄钢板的焊接时，内口只需要进行一次焊接，再进行外口的清根与焊接，让法兰产生外翻的情况。

因钢板的厚度差异，需要安排合适的焊接顺序，利用两面分层交替的焊接办法。

在进行焊接时，需要焊完一次之后，就使用铝杆开始测量，确认内翻情况及冷却后的回弹情况。

在准确掌握这些数据后再进行焊接，可以确保法兰内倾达到技术要求，不需要进行热矫形。

需要注意的是，在进行焊接过程中不可以中断，需要一次性焊接完成，保证法兰的受热均匀，确保法兰的平面度与内倾量的一致。

在焊接过程中进行焊接线能力的控制，控制热输入的最小化。

此方式的优点是:生产速度可以提高，法兰的焊接可以在塔筒组装结束后进行，不需要将两个法兰进行把紧，减少工作量。

此方式的缺点是:焊接要求高，需要焊工有一定的经验才能完成。

结束语
综上所述，风力发电塔筒法兰和筒体焊接的过程中，需要严格按照焊接工艺和法兰变形控制技术进行操作，从而将法兰平面度与内倾度合格率提高，减少施工成本，生产效率也会相对提高。

参考文献
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