有關(guān)風(fēng)電塔筒法蘭焊接措施的分析

胡井林

摘要：在風(fēng)力發(fā)電高塔中，塔筒是最基礎(chǔ)的大型部件。由于塔筒的體積過大，因此在制作時(shí)，必須將塔筒劃分成多段。在完成塔筒制作后，要通過法蘭焊接技術(shù)將塔筒各部分連接起來(lái)，然后才能進(jìn)行組裝發(fā)電機(jī)組。在進(jìn)行法蘭焊接時(shí)，如果沒有控制好操作手法和技術(shù)細(xì)節(jié)，很有可能會(huì)造成法蘭變形情況。為了提高塔筒焊接施工的質(zhì)量，使風(fēng)電塔在建成后能夠安全、平穩(wěn)地運(yùn)行，本文筆者對(duì)法蘭焊接的優(yōu)化方式進(jìn)行了深入分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電塔 法蘭焊接 優(yōu)化措施

中圖分類號(hào)： TG457 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

1.前言

將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能供城市居民及生產(chǎn)工廠使用，不但能夠控制環(huán)境污染、減少煤礦用量，還能優(yōu)化城市的能源結(jié)構(gòu)，推進(jìn)城市能源循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)展。通常一組完善的風(fēng)電機(jī)能夠使用20年左右。一風(fēng)電系統(tǒng)中包含著許多塔架，這些塔架底層直徑均超過4米，風(fēng)電塔的厚度約10-40毫米。塔筒是一種常見的塔架，這種塔架在日常使用中十分便于維護(hù)，且外觀簡(jiǎn)潔、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。焊接施工是制造塔筒的重要環(huán)節(jié)，因此必須控制好法蘭焊接，才能保障風(fēng)電塔的制造治療。

2.塔筒制造工程中法蘭焊接的操作方式

在進(jìn)行焊接操作時(shí)，為了將塔筒和法蘭焊的變形情況控制在設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)，通常技術(shù)人員都會(huì)采用從零到整的焊接順序，先把單體法蘭和塔架上的環(huán)焊縫把和焊接完成，然后再焊接塔筒內(nèi)部焊縫。通常法蘭焊接要經(jīng)歷三道工序，第一個(gè)工序是焊接塔筒的內(nèi)圍，并通過碳弧氣刨對(duì)塔筒外部進(jìn)行清根并做出直角坡口。使用砂輪工具打磨直角坡口。第二、第三道工序都在塔架的外部實(shí)施。為了使塔架能夠承擔(dān)沉重的載荷，法蘭焊接的縫隙必須有足夠的強(qiáng)度與韌性。在結(jié)束焊接工序后，主要針對(duì)基礎(chǔ)環(huán)下法蘭后鋼板的焊接。消氫工序的溫度應(yīng)控制在200-350℃之間，每次消氫必須持續(xù)120分鐘[2]?？傊?，在對(duì)法蘭和塔架進(jìn)行焊合拼接時(shí)，必須控制好焊接施工涉及的各項(xiàng)參數(shù)，這樣才能保障風(fēng)電塔的建設(shè)質(zhì)量。表1為法蘭焊接施工的詳細(xì)參數(shù)設(shè)置。

表1 法蘭焊接施工的參數(shù)設(shè)置

焊層 電流（A） 電壓（V） 速度（m/h）

1 560-650 31-36 21-37

2 560-650 32-35 21-37

3 540-600 31-34 21-30

3風(fēng)電塔塔架焊接施工存在的缺陷

3.1 常規(guī)焊接施工方式工作量過大

常規(guī)法蘭焊接的施工方向是自外而內(nèi)，然后再對(duì)塔筒的內(nèi)部進(jìn)行清根。但自外而內(nèi)的焊接方式會(huì)增加清根工序的難度。由于在清根時(shí)塔筒已經(jīng)完成焊接，因此要使用車輪對(duì)坡口進(jìn)行打磨十分困難，會(huì)增加技術(shù)人員的工作量，延長(zhǎng)施工時(shí)間。

3.2常規(guī)焊接方式不利于提高塔筒質(zhì)量

采用常規(guī)焊接方式對(duì)法蘭和塔架進(jìn)行焊接后，內(nèi)部清根、打磨工序的操作難度大，因此如果清根工序操作不當(dāng)，就很有可能影響坡口的形狀，還會(huì)使坡口出現(xiàn)加工痕跡。如果坡口嚴(yán)重變形或加工痕跡過于明顯，就會(huì)降低法蘭焊接的施工質(zhì)量，導(dǎo)致焊接部位冒出氣泡。在進(jìn)行焊接施工時(shí)，施工過程的各種參數(shù)都會(huì)對(duì)法蘭角成型造成影響，如果法蘭角成型不統(tǒng)一，就會(huì)降低風(fēng)電塔的建設(shè)質(zhì)量和使用性能。

4.優(yōu)化風(fēng)電塔塔架法蘭焊接工序的方法

4.1運(yùn)用埋弧技術(shù)對(duì)法蘭和風(fēng)電塔的塔架進(jìn)行焊合銜接

選用埋弧設(shè)備對(duì)法蘭進(jìn)行焊接，可以加強(qiáng)焊接強(qiáng)度。在實(shí)施熱處理時(shí)，應(yīng)選用能夠通過計(jì)算機(jī)控制溫度的熱處理設(shè)備，同時(shí)熱處理設(shè)備上還要配備自動(dòng)調(diào)溫裝置。正式焊接法蘭之前，必須先進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)，通常在90-130℃左右[3]。

4.2度量焊接部位的尺寸確保塔架與法蘭的銜接長(zhǎng)度達(dá)標(biāo)

先測(cè)量塔架筒節(jié)部位和法蘭相連的長(zhǎng)度，再根據(jù)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)確定焊工裝的尺寸。只有精確控制焊接部位的尺寸，才能準(zhǔn)確知悉工裝的斜角，確保法蘭焊接工序的質(zhì)量，使法蘭焊接更為穩(wěn)固。工裝的斜角關(guān)系到塔架法蘭焊接施工的質(zhì)量，因此在對(duì)焊接部位進(jìn)行測(cè)算時(shí)，必須注意下述兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：（1）控制好工裝夾具傾斜角，斜角度數(shù)應(yīng)符合塔架焊接的技術(shù)要求。如果斜角過大，在焊合塔架時(shí)，塔架會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)，增加焊接施工的危險(xiǎn)性和困難性，影響塔筒成型的效果和焊接質(zhì)量。如果夾具斜角太小，就會(huì)焊接頭的傾斜程度造成干擾，局限焊接絲延展長(zhǎng)度，增加塔架和法蘭銜接的難度，影響法蘭焊接質(zhì)量。依據(jù)筆者多年參與塔架建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，工裝斜角最適當(dāng)?shù)慕嵌葢?yīng)為25°—30°。將角度控制在這個(gè)范圍內(nèi)能夠提升塔架的穩(wěn)固性。

4.3采取組合拼裝焊接方法，對(duì)法蘭和塔架焊接進(jìn)行質(zhì)量控制

風(fēng)電塔建造人員在對(duì)塔架的工裝進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，必須充分考慮法蘭焊接設(shè)計(jì)的各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)，每項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)都有可能對(duì)塔架工裝的制造效果造成影響。在風(fēng)電塔投入使用后一段時(shí)間，塔架和法蘭之間的焊合部位通常會(huì)出現(xiàn)縫隙和裂痕，這些縫隙會(huì)對(duì)法蘭焊接效果和風(fēng)電塔的建造質(zhì)量造成影響。加入焊接部位的間隙太大，工裝就無(wú)法發(fā)揮效果。為了防止法蘭焊接部位出現(xiàn)縫隙，技術(shù)人員可以適當(dāng)調(diào)節(jié)焊接角度，使工裝能夠發(fā)揮出計(jì)劃中的效果。在焊接法蘭時(shí)，必須控制好各項(xiàng)焊接參數(shù)，如線能量、焊接電流、焊接速度、焊絲尺寸等，尤其是在各個(gè)筒節(jié)和法蘭的厚薄程度不同時(shí)，更要對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行眼科（視覺）控制，使各個(gè)焊接環(huán)節(jié)能夠完美配合，這樣才能降低焊接施工的困難度，提高風(fēng)電塔的建設(shè)質(zhì)量，保障施工安全。同時(shí)，為了控制焊縫，技術(shù)人員在開展法蘭焊接施工之前，要對(duì)焊縫進(jìn)行檢查，如果焊縫生銹或有污染物附著，技術(shù)人員必須清除焊縫行的銹跡，并清除污染物。在開展法蘭焊接施工的同時(shí)，技術(shù)人員不能忽視清潔層間的工作。如果沒有處理好清潔層間的工作，法蘭焊接工序就會(huì)受到干擾。對(duì)層間進(jìn)行清潔處理后，必須通過手弧焊修復(fù)層間才能繼續(xù)法蘭焊接施工。

4.4改進(jìn)塔筒法蘭焊接工藝

首先，選擇內(nèi)側(cè)位置作為管節(jié)和法蘭的坡口區(qū)域，科學(xué)選擇接頭參數(shù)，合理安排焊接順序，保證塔筒法蘭焊接工作的有序開展。順利將管節(jié)和法蘭進(jìn)行焊接，結(jié)束作業(yè)之后，可視具體情況開展火焰整形，促進(jìn)塔架生產(chǎn)速度提高的同時(shí)，保證塔筒法蘭焊接的角變形情況與設(shè)計(jì)規(guī)范相符，提升焊接質(zhì)量。其次，在實(shí)施管節(jié)與法蘭焊接的過程中，優(yōu)先找出外側(cè)對(duì)組對(duì)時(shí)存在間隙的位置開展封焊操作，而針對(duì)不存在間隙的部位則無(wú)需進(jìn)行焊接。改進(jìn)之后的焊接工藝不需要再另外實(shí)施手工焊打底，可在間隙封焊完成之后開展內(nèi)側(cè)焊接，并針對(duì)外側(cè)實(shí)施清根處理，之后根據(jù)規(guī)定要求實(shí)施打磨處理，認(rèn)真清理焊接縫隙中的殘留物，清理完畢后開展外側(cè)焊縫焊接，完成外側(cè)焊接工作后再接著進(jìn)行內(nèi)側(cè)焊接，通過這種交替式的焊接工藝，提高焊接工作的效率，并保障焊接質(zhì)量。

4.5運(yùn)用對(duì)把固定法控制法蘭角變形

要想確保法蘭焊接完畢后能夠符合塔架制造的技術(shù)要求和條件，我們?cè)趯?duì)法蘭把緊進(jìn)行連接處理時(shí)，應(yīng)增加2毫米至3毫米厚的墊片，用于控制焊接過程中發(fā)生的變形，選擇超過6個(gè)以上厚度的墊片，使用定位銷將6個(gè)墊片進(jìn)行兩兩連接，根據(jù)法蘭內(nèi)圓圓周進(jìn)行平均分布；頂法蘭把緊的過程中，增加厚度在1.5毫米到2.0毫米之間的墊片，用來(lái)開展焊接變形調(diào)控，選用的墊片數(shù)目約為6個(gè)，同樣使用定位銷將選用的墊片進(jìn)行兩兩連接，并根據(jù)法蘭內(nèi)圓圓周進(jìn)行均勻分布；盡量確保法蘭把緊處于對(duì)稱狀態(tài)，保證施力平均，并力求法蘭外緣能夠?qū)崿F(xiàn)緊密結(jié)合。之所以使用定位銷，是為了方面后期拆卸，并根據(jù)組對(duì)工藝開展組對(duì)工作，有效調(diào)整和控制間隙量，緩解法蘭出現(xiàn)波浪變形。

5.結(jié)束語(yǔ)

總之，對(duì)風(fēng)電塔塔架的法蘭焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化能夠有效提升風(fēng)力發(fā)電效率，提高風(fēng)電場(chǎng)日常運(yùn)作的安全性，節(jié)約人力和資金成本，提升塔架的建設(shè)質(zhì)量。對(duì)法蘭焊接實(shí)施優(yōu)化可以防范焊接部位出現(xiàn)變形情況，確保塔架外部美觀、內(nèi)部質(zhì)量?jī)?yōu)良。在對(duì)法蘭焊接工序?qū)嵤﹥?yōu)化時(shí)，必須全面考慮風(fēng)電場(chǎng)的內(nèi)部運(yùn)作狀況、外部環(huán)境和風(fēng)力供電標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際采取適當(dāng)措施對(duì)塔架的法蘭焊接進(jìn)行改良。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李義峰.分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒焊接制作工藝[J].低碳世界.2013，（07）：112-113。

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[3] 孔凡強(qiáng).風(fēng)電塔筒法蘭焊接變形控制的工藝措施[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備.2011，（03）：71-72。