摘要：探讨风力发电机塔筒的制作工艺过程、法兰焊接工艺，研究塔筒在制作过程中板材的下料，筒节卷制，纵缝、环缝、法兰焊接以及筒体法兰组对等关键工序的加工，对风电塔筒法兰焊接的质量控制措施进行探讨。
关键词：风力发电机组；塔筒；焊接；制作工艺；法兰
引言
随着风力发电产业的快速发展，现风力发电机组单台设计容量越来越大，塔架高度也越来越高，这就对塔架的制造提出了严格的要求。风力发电具有很多优点，比如可以清洁环境、可再生、基建周期短、占用空问小、投资少、技术相对熟悉等，它是我国重要的能源，同时也是可再生、永不枯竭的资源。本文主要介绍风力发电机组塔筒制作的工艺过程以及塔筒与法兰焊接工艺，对风电塔筒法兰焊接的质量
控制措施进行简要分析，仅供相关人员参考。
1塔筒概述
风电塔筒就是风力发电的塔杆，它主要起着支撑的作用，并且吸收机组产生的震动。例如：某风力发电场二期工程，预期制作10台风力发电机塔筒。风力发电机的塔筒主要分为上、中、下3段，各段塔筒示意图如图1所示。
每台塔筒的上、中2段各有10节，下段有8节，共有28节，每段之间采用法兰连接，各段规格见表1。单台塔筒总高67400mm，自身质量116.936t，筒节钢板材质均为Q345E。塔架法兰为整体锻造法兰，材质为Q345E，为采购件。组装后，锻造法兰内外表面要求热喷锌处理，塔筒附件要求热浸锌处理。
2关键工序
塔筒的生产工艺流程一般是数控切割机下料，厚板需要开坡口，卷板机卷板成型后。点焊，定位，确认后进行内外纵缝的焊接，圆度检查后，如有问题进行二次较圆，单节筒体焊接完成后。采用液压组对滚轮架进行组对点焊后，焊接内外环缝，直线度等公差检查后，焊接法兰后，进行焊缝无损探伤和平面度检查，喷砂，喷漆处理后，完成内件安装和成品检验后，运输至安装现场。塔架用板材为热轧低合金高强度结构钢，钢板表面不允许有麻点、裂纹、皱褶等缺陷。
2.1筒节卷制成形
筒节卷制过程:压头→卷制→尺寸检验→点焊固定。在卷制过程中，试样的弦长不小于1/3Di(Di是检验处筒体的内圆直径)。试样与管壁内壁的拟合间隙应控制在2mm以内，以保证筒体曲线均匀。控制筒体对接间隙为0~3mm。卷制后采用CO2气体保护焊进行点固焊。点固焊长度30~40mm，间距300~400mm。点固焊只允许在坡口的外部，而不允许在内部。卷管过程中对接纵缝的错边如图2所示。
2.2塔架组对
为方便组对，组对前在圆柱体的外缘画0°、90°、180°、270°位置线;彻底打磨干净凹槽两侧50mm范围内的油性、氧化皮及割瘤，展现金属光泽。筒休圆度调整至不超过3mm后方可进行组对。为了避免交叉接缝的发生，防止产生焊接应力集中或叠加，当两个相邻筒体连接时，筒体纵横接缝错开3倍于筒休板材厚度，且不小于100mm。工艺控制300mm。整个筒体采用卧式组对方式，使用法兰连接时，组对应注意检查两个法兰的分界线的偏差。
2.3筒体对接纵、环焊缝焊接
对于筒体首先需要对接纵、环缝开内坡口，其坡口的角度为600，然后需把坡口的弧度焊上，焊接中选择的焊丝为H10Mn2，直径为4.8mm，焊剂为SJ101。Q345E的焊接工艺性较好且焊接环境不低于
0℃时候，焊前一般不需要预热，同时焊接后不需要热处理。只需要把焊接的坡口处理干净。焊剂按规定温度烘干即可。筒体对接焊缝的坡口形式如图3所示。
图2卷筒纵缝错边示意圈 图3筒体对接焊缝的坡口形式
筒体对接纵、环焊缝按JB/T4730—2005《承压设备无损检测标准》经100％超声波检测，焊缝丁字口处进行X射线探伤，结果无超标缺陷。
3法兰焊接工艺
为了使塔筒法兰与筒体焊接之后的角度达到整体制造的要求。采用的方法是在各法兰和筒休的对节点焊接后形成一个整体。图4为接头驵对示意图，图5为焊缝结构示意图。
焊接中焊接步骤为：首先焊开接纵、环缝坡口侧，在内测使用碳弧气刨清根把焊接的部分挑成一个U型坡口，其坡口弄完后不光滑需要采用砂轮和角向磨光机打磨破口以及坡口两侧2cm宽的范围，直到把金属打磨出金属光泽为止。将金属打磨至光泽的目的在于清除金属内的氧化物和碳化物，避免出现夹渣、裂纹等现象。对内测焊第二层、第三层，焊接后需要对焊接的位置进行消氢处理，使焊机的温度加热到200～350℃，保温2h左右，其目的在于塔筒承受着载重作用需要对焊缝有较高冲击韧性。
4塔筒焊接工艺的改进
首先，选择内侧位置作为筒节和法兰的坡口区域，科学选择接头参数，合理安排焊接顺序，保证塔筒法兰焊接工作的有序开展。顺利将筒节和法兰进行焊接，结束作业之后，可视具体情况开展火焰整形，促进塔架生产速度提高的同时，保证塔筒法兰焊接的角变形情况与设计规范相符，提升焊接质量。其次，在实施筒节与法兰焊接的过程中，优先找出外侧对组对时存在间隙的位置开展封焊操作，而针对不存在间隙的部位则无需进行焊接。改进之后的焊接工艺不需要再另外实施手工焊打底，可在间隙封焊完成之后开展内侧焊接，并针对外侧实施清根处理，之后根据规定要求实施打磨处理，认真清理焊接缝隙中的残留物，清理完毕后开展外侧焊缝焊接，完成外侧焊接工作后再接着进行内侧焊接，通过这种交替式的焊接工艺，提高焊接工作的效率，并保障焊接质量。
5风电塔筒法兰焊接的质量控制措施
5.1合理运用埋弧焊技术
在风电塔筒制造过程中，应当对埋弧焊技术进行合理应用，来实现法兰与风电塔的塔架之间的准确焊接，从而确保其实际焊接强度满足风电塔筒焊接施工的质量要求。具体来讲，埋弧焊技术具有很多应用优势，一是生产效率高；二是焊缝质量高；三是劳动条件好。熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以通过自动调节保持稳定，对焊工技术水平要求不高，焊缝成分稳定，机械性能比较好。除了减轻手工焊操作的劳动强度外，它没有弧光辐射，这是埋弧焊的独特优点。埋弧焊弧光不外露，没有弧光辐射，机械化的焊接方法减轻了手工操作强度，这些都是埋弧焊独特的特点，能够很好的保证焊接质量。
5.2加强人员控制
焊工是焊接施工的关键环节。优秀的焊接人员和相关技术人员是风电塔筒法兰焊接质量的重要保证。焊接工程师是焊接工艺文件的制定者，焊接生产总监，焊接工艺管理者。焊接时，招聘焊工必须有专业资格证书，应该让经验丰富的优秀焊接工程师来带新焊工、实践技术教学，还应该定期为焊接和相关技术人员进行技术培训、更新，对焊工进行理论和实践技能培训，不断提高第一线焊接操作者的技能水平，确保焊接质量。
5.3组合拼装焊接方式
在风电塔筒法兰焊接过程中，可以通过组合拼装焊接的方式，来对风电塔筒法兰焊接质量进行合理化控制。那么风电塔建造人员在进行设计规划的过程中，应当立足于法兰焊接设计多元化技术数据之上，对实际焊接方式进行合理化选取，以保证风电塔架工装的制造效果满足施工的总体要求。那么在风电塔投入使用一段时期后，塔架与法兰的焊接部位极易出现裂缝，极易对法兰焊接效果产生影响，甚至会影响风电塔筒的实际建造质量，直接关系着其社会效益。针对此种情况，相关技术人员可以适当调整焊接角度，并掌握好各项焊接数据，并焊接电流、焊接速度以及焊丝尺寸等进行合理化控制，从而对风电塔筒法兰焊接质量进行有效的控制，并减少焊接施工过程中的安全隐患。与此同时，相关技术人员可以在正式焊接操作之前对焊缝进行严格仔细的检查，及时清除焊缝行的锈迹和污染物，并充分做好清洁层间工作，以保证法兰焊接操作的顺利开展，从而对风电塔筒法兰焊接质量进行有效的控制。
5.4改进塔筒法兰焊接工艺
首先，选择内侧位置作为管节和法兰的坡口区域，科学选择接头参数，合理安排焊接顺序，保证塔筒法兰焊接工作的有序开展。顺利将管节和法兰进行焊接，结束作业之后，可视具体情况开展火焰整形，促进塔架生产速度提高的同时，保证塔筒法兰焊接的角变形情况与设计规范相符，提升焊接质量。其次，在实施管节与法兰焊接的过程中，优先找出外侧对组对时存在间隙的位置开展封焊操作，而针对不存在间隙的部位则无需进行焊接。改进之后的焊接工艺不需要再另外实施手工焊打底，可在间隙封焊完成之后开展内侧焊接，并针对外侧实施清根处理，之后根据规定要求实施打磨处理，认真清理焊接缝隙中的残留物，清理完毕后开展外侧焊缝焊接，完成外侧焊接工作后再接着进行内侧焊接，通过这种交替式的焊接工艺，提高焊接工作的效率，并保障焊接质量。
5.5运用对把固定法控制法兰角变形
要想确保法兰焊接完毕后能够符合塔架制造的技术要求和条件，我们在对法兰把紧进行连接处理时，应增加2毫米至3毫米厚的垫片，用于控制焊接过程中发生的变形，选择超过6个以上厚度的垫片，使用定位销将6个垫片进行两两连接，根据法兰内圆圆周进行平均分布；尽量确保法兰把紧处于对称状态，保证施力平均，并力求法兰外缘能够实现紧密结合。
6结束语
风电场风力发电机组塔筒制作工艺中，重点工序是筒体的坡口加工、组对及焊接。在保证对接接头装配质量的条件下，严格按制定的焊接工艺进行焊接，焊缝经无损探伤结果合格，完全可以保证焊缝质量。
参考文献
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论文作者:惠南南
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：法兰论文; 风电论文; 质量论文; 焊接工艺论文; 过程中论文; 间隙论文; 焊工论文; 《基层建设》2018年第28期论文;