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

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