风电塔架制造工艺及质量控制研究*

2018-07-04石南辉

装备机械 2018年2期

关键词：塔架筒体法兰

□ 石南辉

钦州学院工程训练中心广西钦州 535011

1 研究背景

作为风电设备的主要部件，风电塔架的制造工艺与质量控制相当重要。风电塔架质量的好坏直接决定着风电设备能否安全运行，也直接影响风电产业的顺利发展。所以很有必要对风电塔架的制造过程进行研究，以便对影响质量的关键环节进行重点监控。

风电设备的主要焊接结构件有风电塔架、主机架等,这些是风电机组中的主要承载部件，承载着风电机舱和转子。风电塔架结构可以是管状，也可以是格子状，特点是结构跨度大、形式复杂，使用过程中承受较大幅度的疲劳荷载等。

风电塔架均采用全焊结构，焊缝接头型式多样，长度长，焊接质量对风电塔架的质量影响很大。因此，为了保证风电设备的安全运行，必须严格控制风电塔架的焊接质量[1]。

2 风电塔架生产工艺流程

生产工艺流程是指在生产过程中，生产者利用生产工具将各种原材料、半成品通过一定的设备，按照一定的顺序连续进行加工，最终使之成为成品的方法与过程。通过了解生产工艺流程，可以清楚地掌握生产过程。

风电塔架的生产工艺流程图如图1所示。

图1 风电塔架生产工艺流程

3 生产前准备

3.1 原材料准备及控制要点

风电塔架的原材料主要包括塔架筒体板材、基础环板材、门框板材、筒体法兰、基础环法兰、内附件及焊材等。在接到风电塔架订单后，需要对风电塔架结构图纸及材料进行审核、统计。在生产前的准备过程中，要做好原材料的采购控制，对原材料供应商要通过招投标进行确定。风电塔架原材料的准备及控制要点如下。

（1）筒体板材、基础环板材、门框板材要求为探伤板材，质量达到NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》标准中超声检测Ⅰ级要求，并同时提供相关材质单、合格证书及检测报告。

（2）内附件需按技术规范要求，提供质量证明文件和检测报告。

（3）板材在使用前要进行复检，主要的检验项目有钢板的尺寸、外形、质量及允许偏差，按GB/T 709—2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》标准中的要求执行，其中厚度允许偏差执行B类要求。

（4）钢板表面外观、尺寸及厚度验收合格后，按照每次到货数量的10%进行100%超声复验，质量达到NB/T 47013—2015标准中超声检测Ⅰ级要求，并按炉批号进行化学成分及力学性能复检。

（5）门框钢板入厂后必须每张进行表面外观、尺寸、厚度及无损检测，并按炉批号进行化学成分及力学性能复检。

（6）筒体和基础环的板材及法兰材料按炉批号和批次取样，化学分析每炉一个，拉伸每批次一个，弯曲每批次一个，冲击每批次三个，Z向断面收缩率每批次三个。法兰入厂进行100%超声Ⅰ级复检、100%磁粉Ⅰ级复检，复检试样由法兰制造商提供，检测一套。

焊条、焊剂等焊材使用前需注意以下问题。

（1）焊材要求有供应商提供的质量证明书，包括化学成分、力学性能等。

（2）焊材要有入库手续，使用前还应对焊材进行复验，复验项目包括化学成分及力学性能等，保证焊材处于可控状态。

（3）使用前必须按规定的要求进行烘干，烘干的焊条、焊剂应存放在120～140℃保温箱内，随用随取。

3.2 技术准备

在生产前要编制相应的质量文件并审核发布，主要包括质量手册、质量控制程序文件、质量管理制度文件、制造工艺文件等，以及质量控制相关表格。其中需要重点控制的几个相关文件及表格为：生产工艺流程图、母材焊接复检指导书及加工图、焊接工艺评定及焊接工艺规程、各工序工艺规程及工艺卡、各工序相关图表及记录表格。

焊接前，需按NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》标准或合同协议中要求的标准进行焊接工艺评定，并按合格的焊接工艺评定报告编制焊接工艺规程[2-11]，产品试板的数量及规格按合同协议进行准备。

3.3 钢板下料

钢板下料的质量直接影响到下道工序的装配质量及焊接质量，必须要严格控制钢板下料质量。需要控制的关键点主要有：钢板下料长度偏差≤2 mm、宽度之差≤2 mm（至少需要测量五处）、对角线之差≤3 mm。火焰切割的表面不能有沟槽、氧化渣等，对于较大的沟槽，需打磨后进行修补，较大的氧化渣需打磨干净。切割好的钢板需做好标记的移植工作，并用钢字头做好相应的编号等工作。坡口需按照焊缝坡口图进行加工，不能私自更改坡口尺寸。

4 装配与焊接

4.1 钢板卷制

在钢板卷制前及卷制过程中，钢板表面的氧化皮与杂物应采用压缩空气吹扫干净。卷制过程中要严格按卷制工艺规程操作，并用弧度样板进行测量，避免过卷。需要控制的关键点有：任意横截面圆度公差（Dmax/Dmin）≤1.005（D 为筒节直径）、外圆周长偏差≤5 mm、组对间隙0.5～2.0 mm、错边量≤1.0 mm、错口量≤1.5 mm。对筒节纵焊缝棱角和环向表面局部凸凹度要求，当板厚t≤30 mm时，用弦长L=（1/6）D，且L最小值为500 mm的内外样板测量，横角高度E≤0.1t+1 mm。当板厚t≥30 mm时，用弦长L=（1/6）D，且L最小值为800 mm的内外样板测量，E≤0.1t+1 mm。

4.2 筒节纵缝焊接

筒节纵缝焊接需按焊接工艺规程进行，注意产品焊接试板需要与筒节纵焊缝按相同工艺同时焊接，产品试板的厚度及坡口型式等需与筒节纵缝一致。另外，纵缝焊接时需要加引弧板和熄弧板，需注意点焊位置不会干涉正常焊接。

4.3 基础环装配与焊接

基础环法兰与基础环装配要严格按装配工艺进行，法兰与基础环之间的环缝对口间隙≤3.0 mm。间隙严禁过大，更不允许间隙大小不一。环缝对口错边量≤0.1t，且最大不超过2.5 mm。基础环筒节的纵缝要在法兰相邻两个螺栓孔之间。装配后要严格检查法兰的平面度、内倾度。

4.4 筒节与筒节、法兰装配

筒节与筒节的装配采用外壁对齐方式，环缝对口错边量≤0.1t，且最大不超过2.5 mm。相邻筒节纵缝需要错开180°，若不能满足要求，则其相错量不小于170°。筒节的纵缝要在法兰相邻两个螺栓孔之间。单段塔架两端面法兰平面度≤3.0 mm，同轴度≤2.5 mm。装配后要严格检查法兰的平面度、内倾度，并将相关数据流转到下道焊接工序。

4.5 筒体环缝及门框焊接

筒节环缝焊接需按焊接工艺规程进行，环缝焊接每层焊缝接头应错开，环缝起弧处与熄弧处要与纵缝错开。盖面层焊缝要至少有50 mm的重叠量，不同厚度的焊缝应按1∶4平滑过渡。筒节与法兰的环缝焊缝需重点控制，焊后筒体两端面法兰平面度≤3.0 mm，筒体两端面法兰同轴度≤3.0 mm，法兰端面圆跳度≤2.0 mm。顶法兰端面平面度和内倾度应控制为≤0.5 mm，其余法兰端面平面度≤1.5 mm，内倾度≤1.0 mm。

门框焊接过程中，需要注意控制焊接变形，可采用对称分散焊接[12]，并在焊接中采取防变形措施，如刚性固定支撑等。门框本体若需拼接，拼接焊缝与筒体环焊缝需要错开至少100 mm，门框中心线与筒体的纵焊缝至少相错90°。门框焊前需要严格按工艺要求进行预热，预热范围为焊缝周围150 mm以内。对称分散焊接过程的层间温度不应低于预热温度，焊后保温缓冷。

5 焊后检测

风电塔架纵焊缝与环焊缝在完成自检后要进行无损检测。基础环法兰环焊缝为100%超声Ⅰ级检测、100%磁粉Ⅰ级检测。筒节环焊缝与纵焊缝为100%超声Ⅰ级检测、100%磁粉Ⅰ级检测。T型焊缝及薄弱处焊缝增加100%射线检测，不低于Ⅱ级。门框与筒节焊缝为100%超声Ⅰ级检测，100%磁粉Ⅰ级检测。附件与筒体连接焊缝为20%磁粉检测。与筒体焊接的螺柱焊缝为100%磁粉Ⅰ级检测。每个T型接头焊缝处的射线检测至少应有两张，纵缝和环缝各一张，每张检测的有效长度为300 mm。附件连接焊缝无法进行磁粉检测时，可采用渗透检测代替。

6 返修及防腐

风电塔架焊缝的返修需严格按返修工艺进行操作，同一焊缝的返修次数不能超过两次，返修超过两次的焊缝，返修前需要经过制造单位技术负责人批准，并经过驻厂监造人员审批后方可进行。返修焊缝必须100%重新检测，焊后焊缝、热影响区要进行硬度检测，同时将返修次数、返修部位、返修情况等记录在质量证明材料中。防腐需严格按防腐技术规范要求进行，另外还需要注意基础环防腐的特殊要求。