摘要：本文首先阐述了法兰焊接平面度的质量要求，接着分析了法兰平面度影响因素及控制方法，论述了控制法兰角变形的原因及措施，最后对控制法兰平面度在组对时及焊接时应注意的问题进行了探讨。
关键词：风力发电塔架；法兰；平面度；焊接变形控制
引言：
风力发电塔架是风力发电机的一个关键支撑部件，行业内较为常用的塔架型式是钢制锥塔，它是由数段圆锥筒体依靠连接法兰组成一个锥形圆筒状结构。由于每段塔架是由滚制筒体和连接法兰焊接而成，如何控制塔架两端连接法兰焊接后的平面度是塔架制作的关键。
1法兰焊接平面度的质量要求
在风力发电装备中，风力发电塔架具有十分重要的，不可缺少的作用。它在整个发电过程中起着连接风机各个关键装置的作用，要担负起叶片转动过程中产生的各种压力，冲击，以及电机的震动还要调整受力过程中的摇摆。发电塔架经过3、4段直筒或锥筒联合在一起构成的。因为每一节塔架是将滚制筒与法兰通过焊接的方式连在一起的，所以。最重要的是在焊接之后要调控好平面度。要是在制作过程中操作不当，将不利于风力发电机的正常运作，造成机械破损．降低机械设备的工作效率，缩短机械设备的寿命。法兰焊接后的平面度均需符合图纸设计要求，每段塔架焊接后法兰面的平度小于等于2 mm，连接风机机舱座的顶法兰平面度小于等于0.35mm，所有法兰面（沿直径方向）焊后只允许内倾不允许外翻，内倾量为0～1.5 mm（顶法兰0～0.5mm）。
2法兰平面度影响因素及控制方法
2.1 法兰自身的平面度
法兰一般整体锻造机加而成，其自身的平面度基本都能得到保证。由于法兰截面相对于其直径相差很大，所以法兰整体刚度差，复测平面度时必须有一定数量的支撑点支撑法兰，并且各支撑点亦必须满足一定的平面度才能作为复测法兰时的基准面。
2.2 筒节下料尺寸控制
筒节展开后呈扇形，其两条弧形边分别形成筒节的两个端口，理想的筒节端口一定在一个平面上，因此弧形边的下料精度决定着筒节端口的平面度。若下料精度不足则筒节端口的平面度超差，与法兰组对后不能保证法兰的平面度，即使调整后道工序也很难达到法兰焊后平面度的要求。所以下料精度是保证法兰焊后平面度最基本的前提，因此下料时采用数控机床精密切割，将其对角线控制在2mm以内。
2.3筒节卷制错边控制
在筒节下料精度满足要求的情况下，卷板合口时要防止纵缝在筒节轴向方向上的错边，错边后会造成筒节端口平面度超差。卷制时用直尺靠边检查，防止筒节错边，以保证筒节端口的平面度。
2.4 焊接
法兰与筒节焊缝等级要求一级而且焊后要求法兰角变形内倾。焊接作为一道最重要的工序对法兰的平面度影响也最大。焊缝的纵向收缩使焊缝区存在径向压应力，发生径向变形，直径微变缩小，法兰面有向上形变的趋势以释放应力。焊缝的横向收缩引起的角变形与纵向收缩引起的变形相反且其应力大于纵向收缩引起的应力时，法兰内倾。两者综合作用的结果使法兰的内倾斜率不一致，从而对法兰的平面度产生影响；焊缝的横向收缩也使法兰相对于焊前下沉，如果收缩不均匀造成下沉不均也会对法兰的平面度产生影响。
3法兰焊接变形的原因
由于法兰与筒体环缝焊接时，坡口形式为内坡口，按常规的焊接顺序为焊完内侧，然后外侧清根焊接外侧。由于焊接时焊缝区和法兰脖处温度很高，在无约束状态下法兰受热迅速膨胀。当焊缝区温度逐渐冷却时，连接法兰因厚度较厚（厚度 120 ～ 170mm），刚度较大，与焊接区焊缝的冷却速度不一致；法兰热影响区温度冷却较缓慢，导致焊缝区域在冷却时产生的收缩应力无法抵消；法兰因热影响区受热而产生膨胀应力，从而使远离焊缝区的法兰面里侧形成“外翻”的“角变形”。若筒体端口不平行且法兰放置不平就会造成焊缝组对间隙不均匀，在焊接过程中法兰面容易出现“波浪变形”，造成法兰面焊接后平面度极差。
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4控制法兰角变形的措施
4.1法兰采购时预留内倾量
恩德2．5Mw风力发电机装备，在做顶部法兰焊前，规定好的平面度的标准是0．29毫米，焊后顶部法兰平面度0．6mm，内部倾斜度为0到0．4毫米。为了一次性制作出合格的塔筒法兰内倾斜度，经过多次实践之后，我们得到成品法兰内部倾斜度是顶法兰、中上法兰、中法兰0．5mm，中下法兰、下法兰是外侧0．5mm，内侧为1．0mm。所以在购买法兰的过程中。应该把法兰控制在一定的内部倾斜范围内。
4.2通过刚性稳定法对法兰角的形变进行调控
按照周长的方向每隔3到4个螺栓洞把两个有等量直径的法兰通过安装有一样的直径的螺栓来完成连接，如果内侧存在的空隙过大就通过塞垫塞的方式进行紧固。
4.3法兰环缝焊接顺序
4.3.1在对法兰面进行联合的时候，我们要求内部有倾斜，外部平整。组装的时候能给和它连接在一起的高强度螺栓以所需的应力，所以在焊接的工作中要保证不能让法兰连接口发生“内侧外翻”的情况。
4.3.2因为焊缝坡口是单面的而且是V字形状的．在遇到法兰连接面出现的“内侧外翻”的问题的时候，必须按照合理的步骤来进行。焊缝内部分2层进行焊接：先对内环缝的第1层进行焊接。接着使用碳弧气刨清根的方法对外侧环缝进行焊接：将焊道进行清洁处理然后将焊缝进行第二次处理：接着再对内层的第二层进行焊接．焊接的时候要保证能够一次性完。
4.3.3在焊接中应注意控制焊接工艺参数，如焊接电流、焊接电压、焊接速度对法兰变形的影响，尽量采用小的焊接热输入。
5 控制法兰平面度在组对时应注意的问题
5.1严格控制好法兰进厂检验质量关
法兰在组对时必须在一个刚性较大的组对平台上进行（平面度小于等于 0.5mm），对每一个待装法兰用激光测平仪进行平面度及内倾度测量。平面度检测控制在 0.35mm 以内，内倾度控制在 O ～1.5mm，并将所检测点平面度数值用记号笔记录在相应的检测部位。法兰与筒体组对完毕后，在焊接过程中可参考其检测点数值的高低增减焊接遍数来控制法兰平面度。
5.2 控制好滚制筒体的质量
1）所有简体的下料均采用数控切割机进行下料。长、宽尺寸应控制在 ±2mm，对角线 |L 1 -L 2 | ≤ 2mm。2）为了避免强力组对，必须保证滚制筒体的成型质量，保证筒节焊接后筒体的圆度 D max /D min ≤ 1．005，以及简体的棱角度 E ≤ 3mm。3）法兰与筒体装配时，尽量保证接触面顶紧不留间隙，这样可减少焊接收缩量，减少法兰面波浪变形，控制法兰平面度。
6法兰焊接时应注意的问题
6.1焊后冷裂纹
由于法兰是锻件，所以要是在焊接的过程中工艺参数确定的不合适，在焊接结束之后，很长的一段时间内，在焊缝、法兰脖颈处将会产生纵向贯通的裂痕，同时这种裂纹还会因为刚度过大而出现扩张的情况．这种在后期才会出现的问题会对塔架产生十分巨大的破坏作用，所以对此，我们一定要小心警惕。因为，这种问题一旦产生后将无法修复，最终引起整个法兰的报废。
6.2重视法兰焊接热影响产生的裂纹
加强法兰组对前的质量检查工作，可以通过MT检测对法兰脖颈处的表面裂痕进行检查：调整组对手法，防止出现强力组对。
结束语：
为了提高整体运营效益，降低生产成本，可以通过对风力发电塔架法兰平面度调控的方法来实现。根据控制变形的一系列措施，争取一次性地实现度和内倾度都符合标准的法兰平面，保证了工程工期。此种技术可以在风力发电塔架制造中广泛使用。
参考文献：
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[2] 李东升.风力塔架法兰焊接角变形工艺探讨[J].现代制造技术与装备.2019（01）
[3] 夏鹏.两种风力发电塔架运输临时支撑的对比分析[J].水电站机电技术.2017（10）
论文作者:付建斌,张保
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/14
标签：法兰论文; 平面论文; 内倾论文; 应力论文; 过程中论文; 风力发电论文; 端口论文; 《电力设备》2019年第9期论文;