风电塔筒法兰焊接变形控制的工艺措施

风力发电塔架是风力发电设备的关键支撑部件，是连接风机的重要部件，它承受了风力作用在叶片上的推力、扭矩、弯矩、陀螺力矩、电机的震动及受力变化时的摆动。它由３、４段直筒或圆锥筒通过高强螺栓将两端的法兰连接在一起组成一台塔架。因此法兰的平面度、角变形和椭圆度的好坏将直接影响到风机的运行，影响风机设备的寿命。法兰是成品锻件，从法兰厂出厂时已经做好正火和回火处理，因此如何控制好该三个指标，避免通过火焰矫形来控制平面度、内倾、椭圆度显得很有实际意义。

1塔筒焊接后法兰的质量要求

塔筒成段后法兰平面度要求顶法兰０．８ｍｍ，其余法兰１．５￣２．０ｍｍ（根据风机厂要求有所不同）；法兰椭圆度为３ｍｍ；法兰内翻顶法兰０￣－０．５ｍｍ；其余法兰０￣－１．５ｍｍ。

2法兰与筒体焊接变形分析

目前各风机厂采用的主体材料基本上为Ｑ３４５系列的低合金钢，法兰为Ｑ３４５Ｅ－Ｚ２５材料，要求碳当量小于０．４５％。其焊接性较好。法兰与筒节相焊后，圆筒环焊缝所引起的纵向残余应力σｘ取决于圆筒直径、厚度和焊接压缩塑性变形区的宽度，应力峰值随着圆筒直径的增大和板厚的减小而增大；而横向应力σｙ直接原因来自焊缝冷却的横向收缩；对厚板焊接接头中除有纵向和横向残余应力外，在厚度方向上还有较大的残余应力σｚ。在上层或接近上层的多层焊缝中，存在较大的拉应力，见图１。

焊接变形分为加热阶段的变形和冷却阶段的变形。在加热阶段，焊缝及近缝区温度很高，材料的自由热变形量为α１Ｔ，其值较大；而远离焊缝区域温度低，其α１Ｔ较小，焊缝区的自由热膨胀变形将受邻近低温区所约束而被压缩，使焊缝两侧较远区产生拉应力。在冷却阶段，当焊缝冷却到室温时，由于焊缝附近残留一个压缩塑性变形区，产生回弹，成为剩余焊接变形，产生剩余应力，焊缝区被限制收缩而成为剩余拉力，焊缝两侧以远则为压应力。3控制变形采取的工艺措施

３．１采用反变形法

根据风机厂的要求及图纸，在法兰加工时，将法兰加工成内倾。内倾量要根据与法兰相连接的板厚而确定。焊后法兰有所向外回弹，但最终内倾数值符合技术规范要求。同时每一层焊接时要一次焊完，避免间断。优点：工艺简单，便于操作。缺点：焊前是否可以加工成内倾要符合设计要求及技术规范。

３．２采用刚性固定法

法兰与单一筒节组对完后，与之相配对的法兰把在一起。这儿要注意两点：一是需要用特制的把紧工具。用螺栓可能造成埋弧焊机不能操作，而且法兰受热膨胀后，损害螺丝，可能造成螺丝拧不下来，法兰不便于分开。二是采用六个夹紧工具等分布置。优点：方法简单，对电焊要求不高，只需按照相应的焊接规程进行操作。缺点：对整个工艺流程来说，程序繁琐了点，增加了工作量。如图２。

３．３采用合理的焊接顺序

（１）风电塔筒为避开风机运行的共振频率，整个塔筒从上到下，钢板厚度不尽相同。一般来讲，厚度范围为１０￣５０ｍｍ之间。与法兰相焊的厚度也不尽相同，薄的可能为１２ｍｍ，厚的也有可能为３０多毫米。因此针对不同的厚度采用不同的焊接顺序可以控制法兰的内倾。对较厚的钢板，先焊里口后，对外口清根，焊完后，因为里口焊接遍数多，外口焊接遍数少。就造成法兰内倾多大。而对薄板，里口焊接一遍就能填满，外口清根和焊接后，造成法兰外翻。

风电塔筒法兰焊接变形控制的工艺措施

孔凡强

（青岛山泰钢结构有限公司，青岛266300）

摘要：风力发电塔架法兰焊接时需要控制三个指标:法兰平面度、法兰角变形（即内倾量）、法兰椭圆度。在焊接过程中采取相应的工艺措施保证这三个指标，具有重要的经济效益。本文重点介绍了法兰焊接变形成因及焊接变形控制措施等，且该方法在实践中得到广泛应用，取得很好的效果。

关键词：法兰平面度内倾焊接变形控制

图1厚板多层焊沿厚度上的应力分布（分别为σzσxσy）图2刚性固定法

工艺与装备

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2011第3期总第202期

现代制造技术与装备

（２）解决由于板厚的不同，造成法兰外翻或内翻过

大，需要采取一个合理的焊接顺序，采用两面分层交替的

焊接方法。要求电焊在焊接时，每焊完一遍，需要用铝杆

进行测量，是否内翻，内翻多少？冷却后能回弹多少？做到

心中有数。然后焊完后，能保证法兰内倾符合技术要求，

而不需要采取热矫形。

（３）注意事项，焊接每一道时中间不能断开，要一次

焊完，保持法兰受热均匀，这样既能保证法兰的平面度，

又能保证法兰内倾量一致；焊接过程中控制焊接线能量，

尽量采用小的热输入。

（４）优点：加快生产流程，法兰的焊接可以整段塔筒

组对完后，一块焊接，不用在两个法兰把在一起，减少工序，提高生产效率。缺点：对焊工要求较高。需要有经验的焊工操作。

３．４选择合理的焊接方法和焊接工艺参数

焊接热输入是影响焊接变形的关键因素，选用能量集中和热输入较低的焊接方法，可有效的降低焊接变形。在焊接方法确定后，可通过调节焊接工艺参数来控制焊接热输入。焊接每一焊缝时热输入要一致，每一层都要用小的热输入。

4应注意的问题

在法兰焊接变形控制中有以下五点要注意：

（１）把好法兰材料采购关，并做好入厂检验。

（２）下料尺寸控制要严格。长宽尺寸应控制在２ｍｍ内，对角线之差小于等于２ｍｍ。

（３）单节预制时，椭圆度要控制在３ｍｍ以内。

（４）采用无间隙组对，且尽量避免强力组对。

（５）加工制作一个５平方米的平台。组对时将法兰平放在平台上采用立式组对。

5工程应用实例

５．１应用实例

法兰焊接变形控制已在多个项目上进行了应用，取得了良好的经济效益：１）大唐辉腾梁Ｂ区一期４９．５ＭＷ项目，３３台１．５ＭＷ塔架。２）北京官厅二期４９．５ＭＷ项目，３３台１．５ＭＷ塔架。３）大唐乌力吉４９．５ＭＷ项目，３４台１．２５ＭＷ塔架等等。

５．２焊接变形控制效果

（１）内倾：按技术规范，法兰焊后内倾小于１．５ｍｍ如图３。

（２）平面度：按设计要求，塔筒组焊完后，法兰平面度小于等于２ｍｍ，如图４。

５．３椭圆度

只要严格按照焊接工艺要求，法兰焊后椭圆度一般能保证３ｍｍ。6结束语

（１）在生产过程中严格控制每道工序质量，并做好工

序质量记录，法兰的焊接变形就能控制在容许的范围内。

（２）该措施只要认真执行，法兰焊接变形控制效果会很理想，也能取得很好的经济效益。

参考文献

[1]陈伯蠡，焊接工程缺欠.北京.机械工业出版社，第二版.

[2]陈祝年，焊接工程师手册.北京.机械工业出版社,2002.

The Process Measure of the Flange Welding Deforma-tion Control for Wind Towers

KONG Fanqiang

（Qingdao Shantai Steel Structure Co.,Ltd，Shandong Qingdao, 266300）

Abstract:It needs control three target in the process of flanges welding wind tower pylon,the flatness of flange,angular distortion of flange,ovality of flange.There is important economic efficiency taking a measure to ensure the three targets in the process of welding.The pa-per emphatically introduces the cause of welding deformation and the control of welding deformation and so on,and which can be widely ap-plied in practice,and it will get good effect.

Key words:flanges,flatness,introversive type,welding distortion, control

图3

图4

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