风电塔架是风力发电机的一个关键支撑部位，塔架有衍架式与圆锥筒体式。目前最多的就是后面一种，就是由数段锥形筒体，依靠法兰连接成一个高度60米到90米之间的锥形圆筒状结构。每段的筒体又是由不同厚度的钢板，卷制成筒节，通过焊缝对接组成。由于塔筒是几段筒体通过焊接的法兰无缝结合的。且风电塔筒所承受的主要作用力有：风力作用在叶片上的推力、扭矩、弯矩，舵机的压力、弯矩，内部电机的振动摆力，以及自身的重力。这些力通过焊缝与法兰上的高压连接螺栓承受传递。如果法兰平面度差，高强度的螺栓就无法拧紧。这就不单是质量问题也会带来安全隐患。这说明如何控制法兰平面度是风电塔筒制作重点要解决的。
1、法兰平面的质量要求
在制作风电塔筒中，法兰的平面度要求对不同位置的法兰它是不同的。根据设计的图纸，每段塔筒焊接后，法兰平面度的值要小于等于2mm。但是对于上段的与风机舵机座相连的顶法兰面它的平面度值要小于等于0.35mm。而且对于所有的焊后的法兰不允许有外翻现象的出现，只允许内倾值在0~1.5mm。
2、法兰焊后变形的原因分析
风电塔筒是由每块钢板卷筒，组对焊接而成。每个筒节就类似一个圆台，它是由开好坡口后的钢板卷制而成。塔筒就是通过内外环焊接，从大圆台到小圆台这样焊接而成。每段开头结尾与法兰焊接，分为内环焊接与外环焊接。当焊接内环时，热变形就产生法兰内环往下的拉力，这样就产生内倾现象（本身采购的法兰有一定内倾）。焊接外环时同样的原理就会把法兰外环往下拉出现外翻情况。因此内环焊与外环焊的焊道数与顺序影响到法兰的外翻与内倾及其大小。筒节与法兰对接端面不平整，气刨焊焊缝不平齐，法兰焊接过程中就会有“波浪变形”，造成焊后法兰平面度差。
3、控制法兰变形的方法
3.1法兰焊接顺序
焊缝的焊接坡口是V型的，要防止法兰焊后内侧外翻，就需要有合理的焊接顺序。即内外焊缝交替进行，首先内环焊焊2道，然后外部用二氧化碳气刨焊清根，，再埋弧焊焊接外部完毕，最后再焊接内部环焊。每道焊缝不间断，一次完成，保持受热的均匀。如图3.1所示：
图3.1焊接顺序示意图
3.2钢板的坡口
钢板坡口工艺参数也影响到法兰的平面度。V型坡口角度影响到焊接的焊道，对于不同厚度的钢板打24°到26°，钝边为3-4mm的单边坡口。控制火焰切割机，保证切割的平整一致。坡口的表面，用打磨机剖光除去氧化渣。如图3.2所示：
图3.2 钢板坡口图
在焊接过程中，也要控制好焊接的电流，电压与速度。总结经验，选择合适的焊接工艺参数，尽量采用小的焊接热输入。
4、控制法兰平面度组对前应注意的问题
4.1严格控制进厂法兰的平面度
法兰进厂后不但要进行外形尺寸的检查，还需要用激光平面仪进行平面度测量。检查是否符合要求，平面度在0.35mm，内倾值为0~-1.5mm。从第一步控制法兰的平面度。图4.2 所示：
4.2控制好卷筒的质量
1）所有筒节的钢板下料全用数控切割下料，筒体下料尺寸偏差如图一及表二所示：
图4.2
表4.2（单位:mm）
2）用卷板机完成筒体卷制，采用弧形样板，在距端口200mm处检验圆度，每种筒节2件弧度样板(圆柱型筒节1件弧度样板)。纵焊缝调至进料侧辊上，采用标准50厚样板进行压头，用前支撑臂调整机构拉动或推进筒体侧壁，使纵焊缝合口，检验错边量和端面错口至合格，控制筒体对接间隙1±1mm, 筒体对接焊缝错边量1.0mm，端面错口量允差：1.0mm, 圆弧样板圆度允差：2mm/1200mm。然后定位点焊，点焊纵焊缝，间距200mm，点焊长度200mm，筒体两端直径测量，允差5mm，筒体长度测量，允差2.5mm。
3）法兰与筒节焊接时，应放在标准的焊接平台上，并用弧板焊死卡紧，尽量保证接触面不留间隙，这样可以减少法兰平面的变形。
5、法兰焊接时应注意的问题
1) 焊后冷裂纹。由于法兰是锻件，如果焊接工艺参数不合理，且强力组合，很容易造成环焊完毕后一段时间，在靠近环焊缝附近、沿着法兰颈向出现纵向贯通的冷裂纹。并且这种裂纹有向刚度大的地方延伸的趋势。而一旦法兰产生这样的裂纹是无法修复的因此要高度重视。
2) 针对法兰焊后热影响区出现裂纹要注意的问题：
A加强检测包括MT，UT进行裂纹探伤，对焊接接头要进行RT检查。
B组对过程中避免强力组对，产生过大的内应力。
C对焊缝口预热，并降低冷却速度与焊接应力，减少氢的扩散。
6、工程应用实例
6.1法兰平面度控制技术的应用
法兰平面度控制技术已应用的工程项目有：永州江华风电项目，16套2000KW塔架。郴州南山风电项目，25套2000KW塔架。桂阳来溪风电项目，15套2000KW塔架。
6.2法兰平面度控制技术应用效果
按图纸设计要求法兰平面度值小于等于2mm，内倾值小于1.5mm为合格。用ProFlange激光平面度测量法兰平面度，以来溪风电项目为例：平面度值为0.7mm，内倾值为0.662mm，符合要求。
7、结语
在制作中严格控制工艺质量，采取合理的措施是可以控制法兰平面度值与内倾值的。
论文作者:胡海涛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
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