摘要：随着能源问题与环境问题日益突出，风能资源作为一种清洁环保可再生能源，其重要性越来越高。当前，风力发电产业获得快速发展，风电发电机组单台设计容量增加，其对塔架的高度要求越来越高。管塔式塔架因其结构紧凑，安全可靠，便于维护等优势，在风电发电塔架设计中应用较为广泛。以管塔式塔架为例，对风电塔筒法兰焊接工艺进行研究，并结合法兰焊接中存在问题，提出改进措施，提高焊接质量。
关键词：风电塔筒；法兰；焊接；管塔式塔架
在风电生产过程中，塔筒是常见的一种设备，不仅直径较大、高度高，且在运输过程中存在着较大的困难性，因此多采取分段制作，再到施工现场进行安装的方法。在塔筒设备的制作过程中，需要进行大量的焊接作业，为进一步确保施工质量与施工进度，通常会采用埋弧自动焊接技术。笔者对埋弧自动焊接技术展开探讨，提出其在风电塔筒生产过程中的实际应用，以供广大同行参考借鉴。
1.塔筒制造方案
1.1材料准备及检验
钢板、法兰进厂后进行表面外观尺寸及厚度的验收。钢板外形尺寸验收合格后按照每次到货总数量的10%进行100%UT复验，质量达到JB/T4730.3-2005Ⅱ级要求。环锻法兰外形尺寸验收合格后，按照总数量的10%进行UT和MT的抽检，其中UT要满足JB/T4730.3标准I级要求；MT要满足JB/T4730.4标准I级要求。
1.2钢板下料
采用数控切割机下料。下料前根据工艺进行数控编程，经校核检验无误后再下料操作。下料完成后必须对钢板瓦片的编号、方向、方位线等进行标识，并按要求标识出瓦片钢板的炉批号或钢板号、瓦片的编号等。筒体板材切割尺寸偏差长度方向误差要求±2mm，板宽之差要求≤2mm（至少测5个位置），对角线之差≤3mm。按照零件工艺卡的要求，切割各瓦片的环缝及纵缝的坡口，坡口角度应符合工艺要求，同时必须将坡口及周围30mm范围打磨平整、光滑。
1.3卷板及校园
卷板时用弦长1.2m的样板进行控制，样板与筒体间隙不大于2mm。卷板合格后在筒体坡口外部用气保焊进行点焊加固。纵缝组对控制筒体对接间隙在0~2mm以内，错边量不超过3mm。调圆后筒节任意横截面圆度公差要求为：DmaxDmin≤0.5D%。
1.4纵缝焊接
先焊内缝，内缝焊接完成，背缝彻底清根，露出焊缝坡口金属后，采用焊接背缝。焊接时如果纵缝对接处的间隙超过1mm，则必须先对该部位采用气保焊打底，气保焊丝ER50-6准1.2mm，埋弧焊丝H10Mn2准4mm，焊剂SJ101。焊接时层间温度在100～250℃，焊接线能量不大于39kJ/cm，以保证焊缝－40度冲击功要求。焊后按JB/T4730.3要求对纵缝进行100%超声波探伤检验，合格级别为Ⅰ级。同时对焊缝进行外观检测，不合格的进行处理。纵缝焊接合格后，将引弧板和熄弧板切除，并将坡口打磨干净。切除引、熄弧板，可以采用切割片切除或割枪火焰切除，严禁采用大锤敲打引熄弧板的方法去除引熄弧板。
1.5拼装（法兰拼装、大节拼装）
法兰节的拼装在法兰拼装平台上进行。拼装之前必须先测量法兰节瓦片和法兰对接处的管口周长，估算错边量。拼装时将法兰有坡口的管口（上法兰颈部朝上）朝上。在法兰上放出梯子安装中心线、门中心线、导电轨中心线、筒节纵缝位置、0°、90°、180°、270°象限线等方位线，并作出明显的标记。拼装时法兰与筒节之间不留间隙，管壁外边对齐，局部错边量小于1.5mm。拼装合格后在外壁焊缝处封焊。单元节拼装在环缝组对机上进行。每节管节拼装前，都必须检测管口周长值以预估错边量。周长值相差较大的不许强行拼装。拼装时各管节之间的纵缝必须相错180°，管节之间的间隙为零，管节外壁对齐，局部错牙不超过2mm。管节拼装合格后，在外缝封焊，封焊必须牢固。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆单元节拼装完毕，必须按要求进行如下检查：环缝对口错边量、环缝对口间隙、环缝棱角度和纵向表面局部凹凸度、塔筒直线度和高度、筒体两端面平行度和同轴度、法兰孔的位置度等。环缝对口错边量δ≤0.1tmm，且最大不超过2.0mm，在测量对口错边量δ时，不应计入两板厚度差值，t为钢板公称厚度（mm）。环缝对口间隙b≤2mm。
1.6环缝焊接
焊接时先焊内环缝，然后外缝清根，焊接外环缝。清根必须彻底，露出焊缝坡口金属后方可施焊。焊接要求详见焊接工艺卡。焊接时要求控制层间温度在100～250℃，焊接线能量不大于39kJ/cm，以保证焊缝－40℃冲击功要求。焊接工作不允许在筒体非焊接部位进行接地和引弧，不允许在筒体的任意部位焊接把手或接地线等，接地线必须采用专用工装。焊接使用的焊材必须按规定进行烘干。当多层焊接时，必须彻底清除前一层焊道的熔渣等缺陷。焊缝同一部位的返修次数不能超过两次。焊缝起始和结束端300mm内不允许出现径向焊缝。即塔筒焊缝T字头附近300mm内，不允许出现焊缝接头。法兰节的焊接，必须控制法兰的内倾度。焊接过程中，采用长度适中的铝型材，贴紧法兰面，根据实际变形情况，调整焊接顺序及刨缝清根深度，检查合格后方可进入下道工序。
2.风电塔筒生产过程中的质量控制措施
2.1合理选择焊接材料与焊接设备
风电塔筒的母材是Q345E，其对低温冲击韧性具有较高的要求，因此可使用H10Mn2型号的高锰焊丝以及锰中硅作为焊剂。在实际焊接过程中，焊丝可以向着焊缝金属直接进行渗碳，并充分利用还原反应，使焊缝金属能够渗入适量的硅，以此确保焊缝金属的冲击韧度。在厚板多层埋弧焊上需要考虑母材是否具有裂纹倾向，必须要选取SJ101焊剂进行配合，使用MZ－1250型号的弧焊电源，使用MZ－ZK1250型号的焊接接头。为避免滚轮与工件之间产生摩擦力，发生打滑问题，可以使用聚氨酯滚轮作为焊接滚轮架。需要格外注意的是，为了实现对焊接速度的调整，可对滚轮架进行无机调整，且调整范围要相对较宽。
2.2做好焊接质量的把控工作
在实施焊接作业前，必须要做好相应的烘干处理工作，为了更好地消除结晶水，可以将烘干温度控制接近350℃，以此降低氢的含量，避免焊缝存在气孔、裂纹等问题。要清理干净坡口与金属表面，清理标准为露出金属光泽即可。在引弧板与熄弧板的安装上，其规格不得小于150×100mm，以确保焊缝两端能够平齐。对外环缝的焊接上，要确保焊缝与筒体之间的最高距离在25mm左右的偏移量，焊丝在偏移的过程中必须要始终处于上坡焊位置，要能够始终保持成形效果。每一道焊缝之间的接头都要进行相互重叠，大概在100mm左右，各个层面的接头应该相互错开。此外，还要使用预设内倾的方法，对法兰变形做好控制，从而确保风电塔筒的质量要求。
在分析传统风电塔筒法兰焊接工艺中存在问题的基础上，针对这些问题，在本次制作中改进了塔筒法兰焊接工艺。将管节与法兰在内侧开破口，合理控制接头参数，规定焊接顺序，在完成管节与法兰焊接作业后，在必要情况下进行火焰整形，既可以提高塔架生产速度，亦可以保障塔筒与法兰焊接角变形符合设计要求，保证焊接质量。在进行管节与法兰焊接时，先在外侧对组对时有间隙的地方进行封焊，无间隙的地方则可以不焊，不再进行手工焊打底，然后进行内侧焊接，外侧进行清根，清根后严格按照要求进行打磨处理，将焊缝处彻底清理干净后再进行外侧焊缝焊接，外侧焊接完后进行内侧焊接，这种交替焊接工艺不仅可以保证质量，而且提高效率。通过改进风电塔筒法兰焊接工艺，有效保证了法兰角变形量符合标准要求，且其工艺施工较为方便，可靠性较好，有效提高了焊接效率，其焊接外观及内在质量较好，实现了企业塔架加工综合效益。
结论
将埋弧自动焊技术应用于风电塔筒的生产中，对进一步提高塔筒生产质量有着良好的促进作用。在实际工作过程中，应做好埋弧自动焊技术的研究工作，使其具有更高的价值。在今后塔筒的生产过程中，要想更好地利用埋弧自动焊技术，必须要做好塔筒的焊接作业，为其选择科学合理的设备型号，明确焊接工艺参数，做好焊接的变形控制工作，严格按照焊接工艺流程开展焊接作业。只有如此，才能切实提高风电塔筒的生产效率，保证施工项目的施工质量与施工进度。
参考文献
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论文作者:凌伊鹏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/6
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