焊接風(fēng)電塔筒工藝技術(shù)的改進(jìn)措施

李毓文

（廣西水工機(jī)械廠，廣西 柳州 545100）

引言

風(fēng)力發(fā)電具有清潔、綠色環(huán)保、可循環(huán)使用的特點(diǎn)，因此，在很多風(fēng)能資源豐富地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的壽命一般為20a，塔架高度至少有80m，直徑4m以上，鋼板的厚度達(dá)40cm。安置于塔架頂部的機(jī)艙的重量也有幾十噸。當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單臺(tái)設(shè)計(jì)容量的發(fā)展趨勢(shì)是越來(lái)越大，塔架的發(fā)展趨勢(shì)是越來(lái)越高，這也為塔架的性能與質(zhì)量提出了更高的要求。常用的塔架有管塔式與桁架式兩種，管塔式塔架也稱為塔筒，與桁架式塔架相比，管塔式塔架具有維護(hù)簡(jiǎn)易、外形美觀、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)。塔筒生產(chǎn)的最關(guān)鍵程序就是焊接，因此，塔筒焊接技術(shù)的先進(jìn)性直接影響到塔筒的質(zhì)量與性能。

1 傳統(tǒng)塔筒焊接工藝

為了讓法蘭與筒體在焊接完成后，角變形量符合設(shè)計(jì)要求，采用的方法是先將單個(gè)的法蘭與筒體的對(duì)接點(diǎn)固焊組成一體后，再進(jìn)行焊接。這個(gè)焊接操作一般需要埋弧焊，可以選用型號(hào)為MZ9-1250自動(dòng)弧焊機(jī)與ZD5-1250型弧焊整流器，直流反接。焊絲可以選用H10Mn2，直徑為4mm，焊劑選擇SJ101。整個(gè)焊接過(guò)程共分為3個(gè)層次，第1層先要進(jìn)行筒體外側(cè)焊接，內(nèi)側(cè)使用碳弧氣刨清根，加工出一個(gè)U字形的坡口，完成清根操作后，用砂輪，也可以使用角向磨光機(jī)將坡口進(jìn)行打磨，讓坡口兩側(cè)20cm范圍內(nèi)的金屬光澤裸露出來(lái)，將表現(xiàn)的氧化物或是碳化物等雜質(zhì)清除掉，檢查一下是否存在夾渣、裂紋之類的缺陷。第2層焊接與第3層焊接是從塔筒的內(nèi)側(cè)進(jìn)行的。由于塔筒承受的載荷為疲勞載荷，因此，焊縫就應(yīng)具有較高的耐沖擊性，此有較高的韌性，因此，應(yīng)在焊接完成后，馬上進(jìn)行消氫處理，此操作的適宜溫度為200～350℃下進(jìn)行，時(shí)間至少要在2h以上。焊接應(yīng)力受焊接順序、坡口大小和焊接熱輸入等因素影響，控制好焊接應(yīng)力，就可以控制好焊接后的角變形。焊接工藝參數(shù)如表1所示。

表1 焊接工藝參數(shù)

2 傳統(tǒng)塔筒焊接工藝存在的問(wèn)題

2.1 增加了工人勞動(dòng)強(qiáng)度

這種先進(jìn)行法蘭外側(cè)焊接，再在內(nèi)側(cè)用碳弧氣刨清根，使后面的清根操作以及清根操作完成后的坡口打磨操作很難實(shí)施，焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度大大增加，從而影響了工期。

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量有可能受到影響

由于背面坡口清根與坡口打磨操作不易進(jìn)行，在清根操作時(shí)，經(jīng)常會(huì)使坡口變形，坡口的打磨也會(huì)留有殘?jiān)?，產(chǎn)生缺陷，這就容易在焊接時(shí)有氣孔出現(xiàn)在焊縫中，最終影響到塔筒的質(zhì)量。

2.3 法蘭角出現(xiàn)變形

在焊接過(guò)程中，法蘭角的變形由焊接工藝參數(shù)來(lái)決定，也就是受背面的焊縫應(yīng)力影響，這種情況下，法蘭角的變形容易出現(xiàn)不一致的情況，嚴(yán)重的甚至?xí)绊懙剿驳馁|(zhì)量與性能。

2.4 塔筒焊接工藝改進(jìn)措施

如上所述，傳統(tǒng)的塔筒焊接工藝具有一些缺點(diǎn)，常會(huì)使筒體出現(xiàn)一些缺陷，因此，要進(jìn)行焊接工藝的改進(jìn)。風(fēng)電塔筒的生產(chǎn)制作是將法蘭與筒節(jié)之間采用直角焊縫連接，但是由于風(fēng)電塔的塔架法蘭的直徑至少都有40cm左右，并且厚度都達(dá)到40cm，因此，焊接后容易出現(xiàn)變形，法蘭的平面度、橢圓度等重要性能指標(biāo)產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的焊接方法多是采用手工操作難以實(shí)現(xiàn)焊角的尺寸相同，更是容易出現(xiàn)一些缺陷。將法蘭變形的可能性降到最低，可以通過(guò)法蘭與筒節(jié)之間的自動(dòng)CO2現(xiàn)氣體保護(hù)焊和埋弧自動(dòng)焊接，以此保證焊角尺寸達(dá)到要求，更是可省去變形后的校形操作。改進(jìn)工藝的具體實(shí)施過(guò)程中如下所述：

2.4.1 可以采用雙面埋弧焊焊接、反面弧氣刨清根

選擇的焊接材料為埋弧焊焊比+焊劑（H10Mn2+SJ101），采用的焊接機(jī)為羅尼維爾十字臂焊接機(jī)和美國(guó)林肯埋弧焊焊機(jī)。進(jìn)行熱處理的設(shè)備選定智能電腦溫控儀和自動(dòng)溫度記錄儀。在進(jìn)行焊接前，先要預(yù)熱，溫度控制在80～120℃。

2.4.2 縱焊縫和環(huán)焊縫的焊接

無(wú)論是縱焊縫和環(huán)焊縫都應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)側(cè)焊接，完成內(nèi)部焊接后，再進(jìn)行外側(cè)碳弧氣刨清根，完成清根工作手，再采用與內(nèi)側(cè)焊接工藝相同的工藝進(jìn)行外側(cè)焊接，但是前幾層的焊縫厚度就薄一些。在進(jìn)行環(huán)焊縫焊接時(shí)，一定要將完成內(nèi)側(cè)3～4層，而內(nèi)側(cè)2層的焊接與外側(cè)碳弧氣刨清根打磨同時(shí)進(jìn)行，焊縫成形系數(shù)要控制在2.0以內(nèi)。完成焊接后，應(yīng)測(cè)量一下法蘭的外翻，根據(jù)法蘭的外翻情況來(lái)確定內(nèi)側(cè)與外側(cè)的焊接工作。

2.4.3 計(jì)算出法蘭與筒節(jié)連接后的總體長(zhǎng)度

將法蘭與筒節(jié)連接后的總體長(zhǎng)度計(jì)算出來(lái)，計(jì)算結(jié)果作為船型焊工裝的整體長(zhǎng)度的確定依據(jù)，這樣筒節(jié)在焊接過(guò)程中的穩(wěn)定性就得到保證了。得出工裝傾斜角度的精確數(shù)值，這也是影響塔筒質(zhì)量的重要因素。在計(jì)算數(shù)值時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：角度的大小應(yīng)適中，尤其不能過(guò)大，如果角度偏大，筒節(jié)在焊接過(guò)程中，容易不穩(wěn)定，埋下安全隱患，使接下來(lái)的后續(xù)工作難度增加，最終對(duì)焊縫的成型產(chǎn)生影響；角度也不宜過(guò)小。過(guò)小的角度容易使焊槍的前傾角度受到影響，還會(huì)影響到焊絲伸出的長(zhǎng)度，這樣法蘭與筒節(jié)之間進(jìn)行焊固的意義就不有了。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，得出了25°的角是最科學(xué)合理的，可以保證工裝中焊接過(guò)程中可靠穩(wěn)定。

2.4.4 組裝焊接

在經(jīng)過(guò)選材、裝配、焊接等工序后，最后進(jìn)行的是法蘭與筒節(jié)的工裝設(shè)計(jì)與制作。在進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮主要因素為焊接工藝參數(shù)，因?yàn)檫@也是影響工裝效果的最重要因素。焊接的質(zhì)量容易受到法蘭與筒節(jié)裝配縫隙的影響，如果縫隙過(guò)大，容易使工裝的輔助意義喪失，如果遇到這種情況，可以通過(guò)調(diào)解焊角的角度將工裝的輔助效果發(fā)揮到極限；如果法蘭的厚度、筒節(jié)的厚度不一樣，應(yīng)科學(xué)的選擇焊接參數(shù)，焊接電流、焊接電壓以及焊接速度、焊絲長(zhǎng)度都要相互配合，注意科學(xué)的處理，如果處理不當(dāng)，就會(huì)增加焊接操作的難度，還容易產(chǎn)生飛濺或是電弧燃燒不穩(wěn)定的情況；為了保證焊縫的質(zhì)量，應(yīng)要焊接前將焊縫處的鐵銹、油漬等徹底的清除，如果清理的不徹底容易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷；要預(yù)防焊機(jī)設(shè)備與工裝之間的摩擦阻力。焊絲盤不應(yīng)與法蘭接觸，因?yàn)槎呓佑|容易造成焊絲變曲或是扭彎，致使焊接進(jìn)行過(guò)程中焊絲旋轉(zhuǎn)或是出絲不順暢，焊縫的成型質(zhì)量受到了影響；CO2、CO氣體的純度至少要在99.5%以上。

2.4.5 在進(jìn)行焊接時(shí)，要注意層間清理

層間清理會(huì)對(duì)焊接的質(zhì)量產(chǎn)生影響，清理完成后，要馬上使用手弧焊進(jìn)行修補(bǔ)，然后再進(jìn)行焊接。同樣，清根質(zhì)量也會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此，清根區(qū)域的清理一定要做到干凈徹底，可以看到金屬光澤。焊接劑還要在250～350℃烘焙2h以上。

3 結(jié)語(yǔ)

CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊的自動(dòng)化程度高，易于實(shí)現(xiàn)，安全可靠，焊接質(zhì)量有保障，成型的焊縫美觀，滿足要求，塔筒的質(zhì)量與性能都可以得到保證。采用適當(dāng)改進(jìn)措施的焊接方法既有利于生產(chǎn)率的提高，有利于節(jié)省人力，還有利于塔筒質(zhì)量的提高。任何一項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展都需要一個(gè)過(guò)程，伴隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在我國(guó)的廣泛使用，風(fēng)電塔筒的焊接技術(shù)也會(huì)進(jìn)一步提高。改進(jìn)的焊接技術(shù)不但可以防止法蘭的角發(fā)生嚴(yán)重變形，還保證了焊縫的外觀與內(nèi)在品質(zhì)。但是在采用焊接工藝改進(jìn)措施時(shí)，也要考慮生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，綜合考慮材料、環(huán)境以及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等多方面因素，因地制宜的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)科學(xué)生產(chǎn)。

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