風(fēng)力發(fā)電塔架無(wú)清根全熔透埋弧焊焊接技術(shù)

夏宇龍，李 雯

（甘肅中水電水工機(jī)械有限公司，甘肅臨夏731600）

風(fēng)力發(fā)電塔架無(wú)清根全熔透埋弧焊焊接技術(shù)

夏宇龍，李 雯

（甘肅中水電水工機(jī)械有限公司，甘肅臨夏731600）

介紹了一種新型的應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電塔架制造過(guò)程中的無(wú)清根全熔透焊接工藝技術(shù)，該焊接工藝方法是通過(guò)改變坡口角度、筒體成形、外側(cè)坡口打底、內(nèi)側(cè)埋弧自動(dòng)焊、外側(cè)埋弧自動(dòng)焊等工藝步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)的。規(guī)避了傳統(tǒng)的碳弧氣刨清根焊接方法因焊縫重復(fù)受熱而導(dǎo)致的構(gòu)件變形和焊件晶粒尺寸變大、強(qiáng)度降低等缺陷，并且氣刨后的焊接坡口形狀很不規(guī)則，這也使得構(gòu)件的焊接質(zhì)量難以保證。

塔架；無(wú)清根；全熔透；埋弧自動(dòng)焊

0 前言

我國(guó)地域廣闊，豐富的風(fēng)力資源具有良好的開(kāi)發(fā)前景，發(fā)展?jié)摿薮?。隨著風(fēng)電行業(yè)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的自然風(fēng)能被用于造福人類(lèi)。風(fēng)電機(jī)組的重要承重部件是塔筒，塔筒起著吸收機(jī)組震動(dòng)和承載發(fā)電機(jī)組的作用[1]。

風(fēng)能是取之不盡、用之不竭、潔凈無(wú)污染的可再生能源[2]。風(fēng)力發(fā)電是可再生能源領(lǐng)域中除水能外技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，其蘊(yùn)量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，比地球上可開(kāi)發(fā)利用水能總量還要大10倍。對(duì)于風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)乃至風(fēng)塔制造子行業(yè)而言，不斷擴(kuò)大的市場(chǎng)容量將是行業(yè)發(fā)展的巨大助力[3-4]。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔架是支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、扇葉，承受風(fēng)力載荷的主要設(shè)備結(jié)構(gòu)件，鋼板材質(zhì)Q345B， 鋼板厚度22～48 mm。化學(xué)成分如表1所示。

表1 Q345B的化學(xué)成分Table1 Chemical composition of Q345B %

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

目前普遍采用的碳弧氣刨清根焊縫存在缺陷：焊縫重復(fù)受熱使構(gòu)件變形和焊件的晶粒尺寸變大，而焊縫和母材的晶粒尺寸則導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度降低，并且碳弧氣刨后同樣需要清理坡口表面的滲碳層，另外還存在粉塵污染、噪聲較大、弧光輻射，對(duì)操作者的技能要求、責(zé)任心要求較高等；氣刨后的焊接坡口形狀很不規(guī)則，這也使根部焊縫的焊接質(zhì)量難以保證[5-6]。

無(wú)清根焊接方法則是通過(guò)改變坡口角度、筒體成形、外側(cè)坡口打底、內(nèi)側(cè)埋弧自動(dòng)焊、外側(cè)埋弧自動(dòng)焊等工藝，確保研究的順利進(jìn)行。具體包括：

（1）開(kāi)坡口。將已下料鋼板四邊靠筒體外側(cè)開(kāi)角度45°±2°及深4～12 mm的單向坡口。

（2）筒體成形。將已開(kāi)坡口的鋼板按筒體直徑及錯(cuò)邊量不大于1 mm、且焊縫間隙不大于1 mm的要求卷制或徑向?qū)映赏搀w并形成筒體外側(cè)面V型焊縫。

（3）外側(cè)坡口打底。對(duì)已成形的筒體縱向縫隙外側(cè)坡口采用焊條電弧焊或氣體保護(hù)焊，按填充厚度3～4 mm進(jìn)行打底。

（4）內(nèi)側(cè)埋弧自動(dòng)焊。對(duì)已打底焊接的筒體內(nèi)側(cè)焊縫按焊層填充厚度2～4 mm和蓋面余高0～2.5 mm進(jìn)行埋弧自動(dòng)焊接。

（5）外側(cè)埋弧自動(dòng)焊。對(duì)筒體外側(cè)焊縫按蓋面余高1～3 mm進(jìn)行埋弧自動(dòng)焊接。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在風(fēng)電塔筒的制作中，塔筒普遍高度為80 m，呈錐形圓筒狀結(jié)構(gòu)，因此每段筒體的板厚均不相同。為了保證實(shí)驗(yàn)與實(shí)際生產(chǎn)相符合，體現(xiàn)出試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)的可靠性，設(shè)置了不同板厚、不同坡口形式的焊接試板進(jìn)行試驗(yàn)。焊接試板坡口示意如圖1所示。

改變?cè)嚢迤驴诮嵌群驼{(diào)整焊接參數(shù)，共計(jì)完成焊接試板70個(gè)，試板累計(jì)長(zhǎng)度280 m。試驗(yàn)結(jié)果顯示，無(wú)損檢測(cè)合格率從開(kāi)始的90%提升到100%。焊接參數(shù)為：試板規(guī)格14 mm×300 mm×2 000 mm，組對(duì)間隙3～4 mm，鈍邊厚度2～3 mm，其他參數(shù)如表2所示。

表2 試板焊后參數(shù)Table 2 Test plate after welding

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

采用無(wú)清根全熔透焊接方法能夠?qū)崿F(xiàn)焊縫平整光滑、焊接效率高且質(zhì)量穩(wěn)定、無(wú)明弧刺激和噪聲污染等優(yōu)點(diǎn)。筒體焊接外觀(guān)如圖2所示。

無(wú)清根全熔透焊接方法實(shí)施時(shí)需提前開(kāi)好坡口，這有利于控制坡口的形狀和尺寸，規(guī)避了傳統(tǒng)清根時(shí)所開(kāi)坡口形狀和尺寸不易控制的不足；而且通過(guò)控制圓筒形焊接鋼板的坡口角度、大小以及焊縫接口縫隙、錯(cuò)邊量等參數(shù)，不但能夠避免現(xiàn)有技術(shù)的中薄板開(kāi)雙面坡口時(shí)埋弧焊易擊穿焊縫的難題，而且能解決中厚板難焊透、焊材消耗大及焊接效率低的問(wèn)題。

無(wú)清根全熔透焊接方法工藝簡(jiǎn)單且焊接質(zhì)量穩(wěn)定，采用氣體保護(hù)焊打底為保障，既避免了傳統(tǒng)電弧焊打底時(shí)因夾渣、氣孔等缺陷需清根造成的噪聲污染和清根時(shí)的明弧刺激，又能規(guī)避現(xiàn)有技術(shù)中直接埋弧焊時(shí)需要在焊縫下端設(shè)置復(fù)雜的焊縫墊片裝置而造成的根部氧化和根部缺陷、難以保證接頭有效的熔合即全熔透的難題。此外，采用外側(cè)坡口氣體保護(hù)焊接打底，然后內(nèi)側(cè)埋弧自動(dòng)焊、外側(cè)埋弧自動(dòng)焊，有效保證了焊縫的全熔透和較高的內(nèi)部質(zhì)量，解決了圓筒形高質(zhì)量全熔透焊接對(duì)接焊縫清根困難、焊接變形不易控制等問(wèn)題。

圖1 焊接試板坡口示意Fig.1 Breach groove of welding test

3 結(jié)論

（1）無(wú)清根焊接技術(shù)的研究及應(yīng)用表明，該技術(shù)具有焊縫平整光滑、焊接效率高

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Completely permeating and not clearing welds submerged arc welding technology for wind power generation tower

XIA Yulong，LI Wen
（Gansu Hydropower Hydraulic Machinery Co.，Ltd.，Linxia 731600，China）

This paper mainly describes a new welding process applied to the wind power tower manufacturing process，which does not need to clean the weld bead，can achieve full penetration welding.The welding process is achieved by changing the groove angle，the barrel forming，the outer side of the back cover，the inner submerged arc welding，the external submerged arc welding process steps to achieve.To avoid the traditional carbon arc gas of the root of the welding method to cause the weld to repeat the heat，resulting in deformation of parts and weldment grain size larger，lower strength and a series of defects.And the shape of the welding groove after the gas is very irregular，which makes the welding quality of the component is difficult to guarantee.

tower；no clear root；all penetration；submerged arc welding

TG457

B

1001－2303（2017）08－0127-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.08.26

2017-03-30

夏宇龍（1988—），男，工程師，碩士，主要從事水工金屬結(jié)構(gòu)和風(fēng)力發(fā)電塔架的設(shè)計(jì)及制造。E-mail：454352807@qq.com

本文參考文獻(xiàn)引用格式：夏宇龍，李雯.風(fēng)力發(fā)電塔架無(wú)清根全熔透埋弧焊焊接技術(shù)[J].電焊機(jī)，2017，47（08）：127-129+134.