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风电塔筒法兰焊接方法研究 摘 　要 　通过对大型风力发电机塔筒法兰焊接工艺的分析 ,指出了其中存在的问题 ,提出了 改进方案. 关键词 　风力发电;法兰 ;焊接工艺 ;变形 　 0　引言 风力发电具有清洁 、保护环境 、经济效益好 、可再生 、永不枯竭 、基建周期短 、占地少 、投资少 、装机规 模灵活 、技术相对成熟 、自动控制水平高 、运行管理人员少等优点. 风能资源是我国重要的能源资源 ,张 家口市坝上地区作为国内风能资源丰富的地区之一 ,近几年风力发电产业呈现快速发展势头 ,前景非常 广阔[ 1 ] . 并网型风力发电机组的设计寿命一般为 20年 ,塔架高度在 40m 以上 ,位于塔架顶部的机舱重达几 十吨. 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. 塔架类型主要有桁架式 、管塔式等. 桁架式塔架造价低廉 ,缺点是维护不方便. 管塔式塔架用钢板 卷制焊接而成 ,形成上小下大的圆锥管 , 内部装设扶梯直通机舱. 管塔式塔架结构紧凑 ,安全可靠 ,维护 方便 ,外形美观 ,虽然造价较桁架式塔架高 ,但仍被广泛采用. 本文内容介绍了管塔式塔筒法兰的焊接 工艺. 1　工程概述 2007年张家口三北拉法克锅炉有限公司承揽了国华新能源有限公司的 66 套 1. 5MW 风电塔架的 制造任务. 该塔架为管塔式结构. 该塔筒总共高 63. 1m , 由 3 段组成 ,段与段之间靠法兰连接 ,整体形状 为圆锥形筒体结构 ,外形如图 1所示. 底部最大直径 4. 078m ,顶部最小直径 2. 55m ,筒体板厚由最底部 28 mm 向顶端 12 mm 变化 ,总重为 85. 6 t. 法兰和筒体的材质均为 Q345E. 生产该塔筒的关键问题之一 就是控制法兰与筒体焊接后的角变形. 法兰与筒体焊接后的角变形要求如图 2 所示 : 法兰与筒体焊接后 ,要求法兰角变形内倾 0 ～1. 5mm. 法兰与筒体焊接前 ,法兰角变形量为零. 如何保证 法兰与筒体焊接后的角变形控制在 0 ～1. 5mm 范围内,是影响塔筒生产进度和保证产品质量的关键性 技术问题. 2　塔筒法兰焊接工艺 为了保证法兰与筒体焊接后的角变形符合要求 ,采用单个法兰 、筒体对接点焊后组成一体的焊接方 法 , 图 3为接头组对示意图 , 图 4 为焊缝结构示意图. 采用埋弧自动焊 ,直流反接 ,焊丝牌号为 H 10M n2 ,焊丝直径为 Φ4 ,焊剂为 SJ 10 1,焊机采用 M Z9 - 1250 自动弧焊机配以 ZD 5 - 1250 型弧焊整流器. 第一层先焊开坡 口侧即外侧 ,背面即内侧用碳弧气刨 清根 ,挑成 U 型坡口,清根完成后用砂轮和角向磨光机打磨坡 口及两侧 20mm 宽范围至见金属光泽 , 以 清除氧化物和碳化物 ,防止出现夹渣 、裂纹等缺陷 ,在内侧焊第二层和第三层. 因为塔筒承受的载荷部分 为疲劳载荷 ,要求焊缝具有较高冲击韧性 ,故焊后需立即进行消氢处理 ,加热温度为 200 ℃～350 ℃,保 温 2h左右. 焊接工艺参数见表 1. 利用焊接顺序 、坡 口大小和焊接线能量三者来控制焊接应力 ,从而控 制法兰焊后的角变形. 法兰焊接完成后对焊缝进行外观检测 ,合格后进行 100%超声检测. 最后检查法 兰角变形量 ,不符合要求时 ,采用火焰加热的方法整形 , 以保证法兰内倾 0 ～1. 5mm 的角变形要求. 表 　1　焊接工艺参数 ( ) ( ) ( ) 焊 层 焊接电流 A 电弧电压 U 焊接速度 cm. m in - 1 1 560 ～650 31～36 37 ～46 2 550 ～640 32 ～35 37 ～46 3 540 ～600 31～34 8～45 3　存在问题 ( ) 1 先焊法兰外面 ,里面用碳弧气刨清根 ,使清根和清根后的坡 口打磨操作极为不方便