摘要：本文以广东某海上风电项目为例，较全面地阐述了海上风电风机基础钢管桩在陆地建造时的制作工艺方法及质量控制措施，对类似工程具有一定的指导意义。
关键词：海上风电；风机基础；钢管桩制造工艺；质量检验
0 引言
与陆地风机相比，海上风机受到台风、波浪、水流以及海水腐蚀等影响，由于所处环境的制约，海上风电风机基础的制造工艺较陆地风电要复杂。其中钢管桩是海上风电风机基础的重要构件，钢管桩的安全且高质量的建造施工对风机的安装使用具有重大意义。
本文主要介绍了风机基础钢管桩在陆地建造过程中的施工工艺方法以及质量检验控制，为现场施工者、检验员及项目管理人员快速熟悉和了解风机基础钢管桩的建造工艺提供一定帮助。
1 工程概括
广东某海上风电项目位于湛江市徐闻县新寮岛及外罗以东的近海区域。项目所处地距离西侧徐闻县陆域的最近距离10km，最远距离约20km，施工水深2～11m。
项目规划面积约30km2，共布置36台容量为5.5MW抗台型风力发电机，总装机容量为198MW；风电场配套建设1座陆上集控中心，1座220kV海上升压站，风电机组通过8组35kV场内集电海缆接入海上升压站，升压后通过1回220kV海底电缆登陆接入陆上集控中心，然后以1回220kV架空线路接入闻涛变电站，线路长度约30km。
本项目风机基础说所采用钢管桩的单桩直径为6.5～7.0m，钢板主要为DH36材质，部分位置为DH36-Z35材质，板厚为70～80mm，单桩重量为900T～950T。
2工艺流程
本项目风机基础钢管桩的主要工艺分为以下四个阶段：①检验来料的钢板并下料配对；②拼板的焊接与检验，卷圆的焊接与筒体复圆，环缝的焊接与检验，法兰与附属件的装焊；③转移喷砂及防腐喷漆；④总拼焊接及整桩完工检查。可见，筒体部件加工工艺复杂，由六道车，三道焊接序，三道镗序和三道钻序以及四处着色检验和一处硫酸铜检验构成。所有焊接工序后都要做热处理，消除焊接应力。主要工艺流程如下图1所示。
图1 风机基础钢管桩主要工艺流程
3 主要制造工艺
3.1 钢板检验及下料
3.1.1 钢板检验
钢板来料时，对钢板进行弯曲试验、低温冲击试验及化学成分检测，核查钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率等力学性能是否符合规范规定。核对材料/设备牌号、规格、数量及炉批号与实物是否一致。核查材料的外观和尺寸是否完好。是否做好入库登记及标记并集中摆放。核查钢板UT复测报告及结果是否满足要求。核查船级社钢印记及证书是否有验船师签字和船级社盖章。核查是否按规范要求取样复检。
3.1.2 下料组对
划线号料前应该检查钢材的表面质量是否有超标缺陷，如气泡、结疤、裂纹、拉裂、夹杂、压入氧化皮以及分层等缺陷。号料时，应预留钢板切割余量，坡口边缘打磨干净整齐，切割表面应光顺、无毛刺和割渣。切割构件的长度、宽度、曲线外形及直线度的尺寸偏差应满足表1中的规范要求。
表1 切割件尺寸偏差的规范要求
拼板时可用粉线或目测检查平面是否平整、端面对齐，拼板后的尺寸应符合标准和设计要求，长度、宽度方向误差为±3mm；对角线方向误差为±3mm；坡口角度误差不应超过±5°。拼板对接缝的坡口角度及间隙应符合规范要求，坡口两测30mm边缘应打磨干净。
3.2焊接工艺及检验
3.2.1 焊工资质
本工程的焊工都应持有指定的合格证书。焊接人员应从事与其资格证书相符的焊接工作，不得越位焊接。
3.2.2 焊接工艺方法
重要的对接接头和T接头的两端应装焊引弧板和熄弧板，其材料及接头原则上应与母材相同，其尺寸为：手工焊、半自动—50×30×tmm；自动焊—100×50×tmm(t为母材板厚)；焊后用气割割除，磨平割口。
定位焊是厚板施工过程中最容易出现问题的部位。其焊缝的焊接应避免在焊缝的起始、结束和拐角处施焊，弧坑应填满，严禁在焊接区以外的母材上引弧和熄弧。定位焊的焊脚尺寸不应大于焊缝设计尺寸的2/3，且不大于8mm，但不应小于4mm。
在厚板焊接过程中，坚持的一个重要的工艺原则是多层多道焊，严禁摆宽道。厚板为避免在焊接时出现淬硬——马氏体组织此类情况，焊前必须进行加热，加热时按板材的不同厚度进行，母材的最小预热温度应按WPS确定。厚板对接焊后，应立即将焊缝及其两侧各100mm范围内的局部母材进行加热，加热时采用红外线电加热板进行。
露天焊接需采用CO2气体保护焊时，将采取严格及可靠的防风、防雨措施，CO2气体纯度≥99.9%。手工电弧焊、CO2气体保护焊的立焊位置的施焊方向，要求自下而上[1]。
3.2.3 焊后检验
修补施焊前的预热和表面清理与正式焊接时相同，在焊缝修补过程中的层间温度将始终保持，不得中途停止，直至修补完毕。返修焊缝将按原焊缝质量要求检验，同一部位返修焊不允许超过两次。修补后的焊缝表面采用砂轮打磨匀顺，打磨要求按照前面的规定。
厚度大于32mm的焊缝，需要在焊接完成48小时后进行无损检测。高强材料（屈服强度高于345MPa）的焊缝，需在焊接完成24小时后进行无损检测。
要求全熔透的一二级焊缝在外观检查合格后应进行超声波探伤检查，如超声波探伤不能对缺陷做出判断时，应采用射线探伤[2]。焊接接头内部缺陷分级的评判，应符合现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》和《钢熔化焊对接接头射线照像和质量分级》的规定。
Ｔ形接头、十字接头、角接接头等要求熔透的对接和角对接组合焊缝，其焊脚尺寸不应小于t/4。对接焊缝及完全熔透组合焊缝尺寸允许偏差，应符合表2的规定。
表2 对接焊缝及完全熔透组合焊缝尺寸允许偏差
3.3 筒体卷圆及复圆
3.3.1 筒体卷圆
为防止造成板料表面的压伤，卷前必须清除表面氧化皮，辊轴表面不得有锈皮、毛刺、棱角或其他硬性颗粒；卷板时应不断吹扫内外侧剥落的氧化皮，矫圆时应尽量减少反转次数等。板料在卷弯时，由于变形太大、材料的冷作硬化，以及应力集中等因素会使材料的塑性降低而造成裂纹。因此，板料应按轧制方向卷弯，对板料的拼接焊缝必须修磨至光滑平整。用于卷制的钢板必须平直, 表面不得有锈蚀或受过冲击, 符合有关标准和设计要求。焊缝的焊接与检验与3.2节焊接工艺与检验要求一致。
3.3.2 筒体复圆
圆筒焊接完毕后需要上卷板机进行复圆，复圆过程中检查单节筒体的各项尺寸，利用靠模检测筒体圆弧度，检验模板与筒体之间间隙≯3mm，合格后停止复圆。钢管在长度方向上任意一点的外圆周长应在其周长±0.1%或12.5mm（两者取小值）以内。椭圆度（钢管方向上任意一处的最大与最小外径之差）不应超过其公称直径0.1%，最大不超过6mm。
3.4 节段组对及环缝焊接
各段卷筒在进行组对焊接时，相邻两道环缝之间的距离不应小于钢管的直径或2m取两者较小值。在钢管的任意3m长度内不应有3道及以上的环焊缝。相邻管节的纵缝间距必须错开60°以上，并不得小于2m。除图纸中有明确要求的外，任何与桩身相接的焊缝与桩身环缝、直缝相距不得小于500mm。任何3m范围内不超过±3mm，任何12m范围内不超过±10m。纵向焊缝而言，相邻管节的管径差应不大于3mm。相邻管节对口的板边高差不超过t/10（t为板厚），且不大于3mm。环缝的焊接与检验与3.2节焊接工艺与检验要求一致。
3.5 法兰及附属件的装焊
法兰椭圆度≯4mm，法兰平整度≯2mm。法兰与筒体装配间隙≯0.5mm，错位≯3mm。基础桩顶法兰不允许外翻，内倾度0~2.0mm。基础桩顶法兰与钢管桩的环焊缝径向偏移量应小于0.1t（若为不同壁厚焊接，t为最小壁厚），且最大不超过4mm。钢管桩与桩顶法兰平面的垂直度应小于0.05%。法兰焊后平面度不大于2mm。
附属构件制作和组装前，应按施工图纸的规定，绘制钢构件加工与组装详图。现场组装应按图纸定位要求，划线标记，并进行预装满足要求后才允许正式施焊。附属件焊后检验，应要求把焊缝打磨平整，不能有明显的焊瘤、余高超标、咬边、气孔等缺陷。
3.6转移喷砂及防腐喷漆
钢结构表面在喷砂前，钢构件要进行检查修整、除油和清洁、包扎防护等工作。喷砂时空压机必须安装油水分离器。喷砂后准备喷漆的钢材表面要清洁、干燥，无油脂，保持粗糙度和清洁度直到第一道漆喷涂。所有灰尘要求彻底清理（一般用压缩空气吹扫），根据ISO 8502-3灰尘量要小于3级。
喷涂前应按要求进行油漆附着力测试，达到设计要求才允许进行相关施工。当构件表面温度不高于环境空气露点温度之差小于3℃、相对湿度大于85%时、钢构件表面温度大于40℃或者空气温度低于5℃时禁止进行喷涂工作。
完工面漆应色泽均匀、无流挂、无漆雾、无污染，禁止出现针孔、气泡或漏喷涂缺陷。还应核查油漆的干膜厚度是否规范及规格书的要求。其中85%以上的检测点干膜厚度不小于规定膜厚，其余检测点的干膜厚度不小于规定的干膜厚度的85%。
3.7总拼焊接及完工检查
总拼焊接时，在节段接口留适当修割余量，以保证塔体整体直线度。装配后筒体错边量不得大于10%t薄板。为了避免支架承重对基准的影响，检测基准必须单独设在支架外的稳固基础上。胎架必须有一定的强度，且不得有明显的晃动。总拼杆件处于无应力状态进行，不得使用外力强制构件连接。
整桩完工检查时，主要核查附属件的安装情况、遗留问题的整改情况、防腐涂层是否破损、标高刻度的喷涂工作及钢桩的整体情况（总直线度误差不超过±30mm，长度误差范围0~300mm）。
4 结论
本文重点介绍了风机基础钢管桩在建造过程中各工种、工序的施工以及检验质量的要求，对规范施工者施工、贯彻全面质量管理方面具有一定的指导性作用。
参考文献
[1]林兆启.钢管桩施工工艺及施工方法[J].黑龙江科技信息,2008(1)：203-203．
[2]谢志根,倪宗运,倪新华,等.钢管桩制造工艺中的几个要点[J].造船技术,1992(5)：36-40．
论文作者:顾天凌,陈伟球
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/18
标签：钢管论文; 风机论文; 法兰论文; 基础论文; 钢板论文; 海上论文; 厚板论文; 《电力设备》2019年第9期论文;