风电塔筒法兰焊接变形控制的工艺措施分析

风电塔筒法兰焊接变形控制的工艺措施分析

发表时间：2018-07-09T10:32:51.313Z 来源：《电力设备》2018年第8期作者：王令宾[导读] 摘要：随着不可再生资源的不断减少，我们为了节约资源，发电的方式有了很大的改变，例如可以通过水力、风力等可再生资源来发电。

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摘要：随着不可再生资源的不断减少，我们为了节约资源，发电的方式有了很大的改变，例如可以通过水力、风力等可再生资源来发电。在风力发电设备中，它最关键的部件就是风力发电塔架，它连接着风机中的重要部件，它主要起到的是承受作用。塔架中法兰的好坏会直接影响到风机的运行，所以对法兰的焊接工艺就成为了主要研究对象，根据查阅相关文献与资料，本文通过法兰焊接时要控制的三个指标入手来进行讨论与分析，希望对以后的研究可以有所帮助。

关键词：风力发电机、塔筒、法兰焊接、变形控制、工艺措施

影响法兰焊接的三个指标分别为：法兰的平面度、法兰的内倾量、法兰的椭圆度，在焊接过程中保证了这三个指标的完成，可以为我们带来很大的经济效益。可是在我们平常的焊接工艺中常常会出现法兰外翻变形等现象，这就要求我们要根据筒体焊接过程中出现的问题，对传统工艺措施进行控制和改变，现在我们就根据法兰焊接变形的原因进行分析，提出有效措施，希望这些措施可以得到广泛的推广。

一、法兰的含义和作用

法兰，它是一个将设备中的轴与轴或设备与设备连接起来的零部件，主要用于管端部位，适用范围广阔，它可以适用于建筑工程、轻重工业、电力设备等等方面，零件材质为不锈钢、碳钢、镍钢等为主。法兰主要分为三种类型：丝扣连接法兰、焊接法兰、卡夹法兰，通常在风力发电机的塔筒中我们主要采用焊接法兰。需要注意的是，在使用过程法兰一般都是以成对的形式使用，根据不同的压力导致法兰的厚度和使用的螺旋都有所不同。正如它的含义所叙述一般，法兰的作用是连接，轴与轴的连接或者设备与设备之间的连接。

二、风电塔筒焊接后对法兰的质量要求

由于不同的压力影响，设备中法兰这个零部件的厚度也会不同。风力发电机中塔筒是通过三或四段的直筒或圆锥筒焊接形成的，这个焊接过程就需要通过高强螺栓把两端的法兰来连接起来，这样就完成了一个塔筒的建造。在塔筒成段焊接中，要按照法兰的平面度、法兰的内倾量、法兰的椭圆度这三个标准来挑选适合的法兰，其中法兰的平面度要求顶法兰的厚度为0.8毫米，剩下的法兰为1.5毫米至2毫米之间，具体厚度按风机厂的要求为主；法兰的椭圆度为3毫米；所有的法兰在焊接后不允许有内翘的现象，只允许存在微小的内凹偏差，其中法兰的内翻顶法兰偏差不超过0.5毫米，其余法兰的偏差也不超过1.5毫米。最后在焊接完毕之后，两端法兰的平行角度和同轴度，通过相关仪器测量圆周四个象限的斜边长的相对差值不超过3毫米。

二、法兰与风电塔筒焊接变形的原因

根据资料数据显示，我国各个风机厂的主要制造材料为低合金钢，法兰对低合金钢的含碳量要求小于0.45%，因为这时的焊接性能最好。它的主要焊接工序为三个步骤：第一步是焊接风电塔筒的内围，并对塔筒外进行清根做出直角的坡口，对坡口还要用砂轮工具打磨平整；第二步和第三步为了让风电塔架有很好的载荷能力，我们要对塔架的外部进行焊接，法兰的焊接缝隙一定要保证有足够的强度和韧性。可是在焊接过程中常常会出现法兰内翘、塔筒两端的法兰不在一个平行线上、焊接工艺不佳的问题。

1.法兰内翘：在焊接工序第一步中的清根环节会把焊接的内应力释放到外圈中，可是外圈的内应力在增大，就会之焊接截面不对称层次不合理，最后形成法兰内翘的现象。

2.塔筒两端的法兰不在一个平行线上：法兰都是以组对的形式出现，在组对前都会对两端的管口进行切割修正，有时不注意会修正的很不整齐。为了保证两端在法兰在一个平行线上只能调整对接间隙，在调整过程中容易造成间隙过大或间隙不一致的现象。

3.焊接工艺不佳：当焊接出现间隙可以进行修补，可是没有按照严格的焊接顺序和控制好焊接电流、电压以及焊接的速度才是导致焊接工艺出现问题的主要因素。

三、控制风电塔筒法兰焊接变形的有效措施

（一）反变形法

根据不同风机厂的制作要求和图纸设计，我们可以在对法兰进行加工的时候就把它做成内倾，就算以后有内凹现象也可以起到缓解的作用。需要注意的一点是，法兰的内倾量要根据和它相连接的板厚度来决定。可能在焊接完毕后，法兰会出现回弹，这个回弹范围我们要控制在合理的范围内。焊接的过程争取一次完成，避免出现间断。

（二）刚性固定法

当法兰和单一筒节组对完毕后，要和相匹配的法兰把在一起。在这个过程中要注意两点：一是要选择特制的把紧工具；二是运用六个夹紧工具来分布。这个方法比较简单，对于焊接的要求比较低。

（三）焊接顺序要合理科学

在焊接过程中一定要注意焊接的顺序先后，合理科学的焊接顺序是可以帮助我们加强其稳固性，减少变形的影响。焊接顺序主要为：将法兰和塔筒的外圈对接整齐，用二氧化碳保护固定点焊→将外圈埋弧自动连续焊接两道→在内圈焊接处刨清根→对内圈埋弧自动连续焊接一道→外圈埋弧自动连续焊接两道加强稳固。

（四）选择适当的焊接方法和工艺参数

在焊接过程中，焊接热输入是影响其变形的一个重要因素，我们需要选择一个适当的焊接方法来避免这个问题，例如可以选择一个能量集中且热输入相对降低的方法来降低法兰变形的概率。在焊接过程中还要时刻注意调节工艺参数，选择一个最精确的参数，注意输出的热能要一致。

（五）提高工作人员的素质和业务能力

企业可以多多为工作人员提供外出学习与交流的机会，随着科技的快速发展，新兴技术也在不断的提高。很多工作人员或管理人员的能力还停留在传统工艺方面，更不上时代的步伐，不能对出现的问题给出很好的解决方案。这就要求我们需要对其经常进行业务培训，提高他们本身的专业素质水平，提高他们学习知识技能的主动性和积极性。

（六）加强机器设备的维护和保养工作

机器设备在日常生产工作中一定会发生损耗，随着使用的年限变长，很多问题都会显现出来。这就需要我们经常对机器设备进行维护和保养，防患于未然，如果设备年限太久经常出现故障，导致工程延期，那么我们就要及时更换设备并且积极引进新型科技设备与技术，以此来推动我国经济的快速发展。

四、焊接变形控制过程中应注意的问题

1.制造企业在采购法兰材料时，对多家供货商进行对比比较，选择质量优良且经济适用的一家，同时在材料入场前要严格把控检查材料的质量。

2.严格控制下料尺寸。长度尺寸之差保证在2毫米之内，对角线之差要小于等于2毫米。

3.法兰的椭圆度在单节预制环节中，控制在3毫米以内。

4.组对方式采取无间隙组对，尽可能的避免强力组对。

5.在组对前，准备一个5平方米的平台。这个平台主要用于法兰的组对，我们可以采用立式组对把法兰放置在平台上。

五、总结

综上所述，只要我们在生产过程中严格按照规格标准进行生产作业，严格把控每一道工序质量，那么就能很好的将法兰焊接的变形现象控制在适当范围中。这就要求我们的生产工作人员始终保持着认真负责的工作态度，制造出质量优良的产品，为我国的经济发展做过相应的贡献，帮助我国取得很好的经济效益。

参考文献：

[1]陈祝年，《焊接工程师手册》，机械工业出版社，2002年

[2]周越，《单片机技术实验实训教程》，中国水利水电出版社，2007年

[3]张永红，《风电塔筒焊接工艺的改进措施》，科技资讯，2008年

[4]于太安、武志勤、耿俊峰，《风电塔筒法兰焊接方法研究》，河北建筑工程学院学报，2008年

[5]肖广民、陈贵，《浅谈风力发电机塔架的制造》，风力发电，2004年

[6]孙安青，《AT89S51单片机实验及实践教程》，北京机械工业出版社，2006年