風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接變形預(yù)防控制技術(shù)分析

完海濤

中國(guó)水電四局（福清）裝備工程有限公司 福建福清 350300

風(fēng)電機(jī)組在結(jié)構(gòu)組成上由直形筒體、錐形筒體、基礎(chǔ)環(huán)組成，與法蘭進(jìn)行安全連接組成風(fēng)力發(fā)電塔架。因每段塔架由滾制筒體與連接法蘭焊接形成，導(dǎo)致該塔架在運(yùn)行應(yīng)用過(guò)程會(huì)承受較多作用力影響而出現(xiàn)質(zhì)量缺陷問(wèn)題。舉例而言，風(fēng)力作用于葉輪上的推力、扭矩以及彎矩力等，再加上現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境較為復(fù)雜，促使如何控制塔架兩端連接法蘭焊接質(zhì)量以及平面度問(wèn)題基本上可以視為塔架制作過(guò)程予以重點(diǎn)克服的難點(diǎn)問(wèn)題[1]。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用實(shí)踐情況來(lái)看，為加強(qiáng)對(duì)法蘭變形問(wèn)題的預(yù)防與控制，工作人員可在采購(gòu)法蘭時(shí)預(yù)留好內(nèi)傾量問(wèn)題。并在此基礎(chǔ)上，在焊接階段利用對(duì)把焊接方法，保證法蘭間的夾墊片得以緊固化，減少法蘭平面度以及內(nèi)傾度變形問(wèn)題出現(xiàn)。

1 風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭設(shè)計(jì)原則及變形成因分析

1.1 法蘭平面度、內(nèi)傾度設(shè)計(jì)要求

對(duì)于風(fēng)電塔筒上段頂部法蘭總裝設(shè)計(jì)而言，因其往往與風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙推力軸承相連接應(yīng)用，促使其在裝焊形位公差控制要求方面相對(duì)嚴(yán)格。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，風(fēng)電機(jī)組塔架焊接處理之后，法蘭平面度要求需要控制在0.5mm左右。同時(shí)，基礎(chǔ)環(huán)上法蘭平面度要求為1.5mm，其余法蘭平面度要求為2mm。除此之外，對(duì)于法蘭焊后內(nèi)傾度而言，頂法蘭內(nèi)傾度應(yīng)該控制在0mm～0.5mm、其余內(nèi)傾度應(yīng)該控制在0mm～1.5mm。

1.2 法蘭焊接變形成因

法蘭與筒體進(jìn)行環(huán)縫焊接操作時(shí)，法蘭坡口均表現(xiàn)為內(nèi)側(cè)坡口。鑒于這一特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員在焊接順序的確立上，應(yīng)該為先焊完內(nèi)側(cè)再焊外側(cè)。在焊接操作過(guò)程中，因焊縫與焊縫附近法蘭在脖頸溫度方面表現(xiàn)較高，且在無(wú)約束狀態(tài)下，法蘭容易受熱且迅速膨脹。其中，當(dāng)焊縫溫度逐漸趨于冷卻化發(fā)展時(shí)，連接法蘭會(huì)受到自身厚度問(wèn)題的影響，與焊縫冷卻速度不一致[2]。

與此同時(shí)，法蘭熱影區(qū)溫度冷卻相對(duì)緩慢，可能會(huì)導(dǎo)致焊縫區(qū)域在冷卻期間所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力難以得到有效抵消處理。也就是說(shuō)，法蘭會(huì)在熱影響區(qū)的作用下而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。除此之外，當(dāng)法蘭與筒體組對(duì)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)間隙過(guò)大或者法蘭放置不平的現(xiàn)象，在焊接操作過(guò)程中，法蘭面容易出現(xiàn)波浪變形問(wèn)題。當(dāng)波浪變形問(wèn)題表現(xiàn)過(guò)于明顯時(shí)，可能會(huì)引發(fā)法蘭面焊接后平面度以及橢圓度較差的問(wèn)題。

2 風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接變形預(yù)防控制技術(shù)方法及相關(guān)研究

2.1 法蘭采購(gòu)期間做好內(nèi)傾量的預(yù)留工作

風(fēng)電機(jī)組在頂部法蘭焊前平整度要求的控制上，應(yīng)該設(shè)計(jì)為0.35mm。其中，焊后頂部法蘭平面度需要控制為0.5mm、內(nèi)傾度為0mm～0.5mm。其中，為全面提高塔筒法蘭內(nèi)傾量一次生產(chǎn)合格率，現(xiàn)場(chǎng)操作人員經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)最終確定成品法蘭預(yù)留內(nèi)傾量，分別為頂法蘭1.50+0.2mm、其余法蘭20+0.5mm。

針對(duì)于此，建議在采購(gòu)法蘭時(shí)應(yīng)該事先對(duì)法蘭進(jìn)行內(nèi)傾量預(yù)留處理，目的在于預(yù)留焊接反變形。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)反饋情況來(lái)看，通過(guò)利用上述工藝改進(jìn)方法，現(xiàn)場(chǎng)法蘭與筒體焊接后內(nèi)傾度在一次合格率方面已經(jīng)高達(dá)97%，有效提升了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)效率以及經(jīng)濟(jì)效益[3]。

2.2 合理運(yùn)用對(duì)把固定法控制法蘭角變形問(wèn)題

為確保法蘭焊接后可以滿(mǎn)足塔架制造技術(shù)要求，現(xiàn)場(chǎng)操作人員需要在連接法蘭時(shí)將用于把緊加厚的墊片進(jìn)行焊接變形控制。一般來(lái)說(shuō)，用于連接法蘭把緊的墊片在加厚度控制方面，應(yīng)該保證在2mm～3mm之間。其中，墊片數(shù)量應(yīng)該不少于6個(gè)。在墊片處理方面，操作人員應(yīng)該在2個(gè)墊片中間利用定位銷(xiāo)進(jìn)行連接處理。與此同時(shí)，頂法蘭把緊加厚度應(yīng)該控制在1.5mm～2.0mm之間，并利用相應(yīng)厚度的墊片進(jìn)行焊接變形控制。

其中，墊片數(shù)量不少于6個(gè)，在處理方法上與上述相同。從客觀角度上來(lái)講，加定位銷(xiāo)的主要目的在于便于后續(xù)拆卸方便。最重要的是，可加強(qiáng)對(duì)法蘭間隙量以及波浪變形問(wèn)題的控制。除此之外，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該嚴(yán)格恪守自身的操作行為，按照規(guī)范操作要求以及利用科學(xué)合理的方法措施解決法蘭角變形問(wèn)題[4]。

2.3 科學(xué)確定法蘭環(huán)縫焊接順序

因連接法蘭面要求為內(nèi)傾外平，導(dǎo)致其在安裝操作時(shí)需要利用高強(qiáng)度螺栓加強(qiáng)預(yù)緊力。這樣一來(lái)，法蘭不允許外翻。但是結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，焊縫坡口為內(nèi)側(cè)坡口，很容易出現(xiàn)法蘭外翻問(wèn)題。為徹底解決法蘭外翻問(wèn)題帶來(lái)的不良影響，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該結(jié)合焊接工藝順序，利用分層交替施焊方法進(jìn)行針對(duì)性操作。舉例而言，在焊接操作時(shí)，操作人員應(yīng)該針對(duì)次道焊縫一次完成。

其中，焊接操作期間不允許間斷，并且保證其受熱均勻。當(dāng)焊道冷卻時(shí)，操作人員應(yīng)該利用緊固螺栓功能優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)對(duì)法蘭變形問(wèn)題的控制管理，以確保其平面度符合要求。除此之外，為加強(qiáng)施焊操作過(guò)程的科學(xué)性與合理性，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該根據(jù)塔架與頂法蘭相連接的筒體鋼板板厚情況，完成施焊操作過(guò)程，以確保法蘭平面度與內(nèi)傾度得以深化加強(qiáng)[5]。

需要注意的是，在法蘭環(huán)縫焊接順序的確定上，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該根據(jù)風(fēng)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行需求，對(duì)風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接變形影響因素進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別并加強(qiáng)預(yù)防管理，以提高焊接變形預(yù)防控制效果。為避免出現(xiàn)施焊隱患問(wèn)題，操作人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)施焊操作流程的控制管理，以避免對(duì)后續(xù)應(yīng)用過(guò)程造成不良影響。

2.4 應(yīng)用效果與效益分析

結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用推廣情況來(lái)看，部分風(fēng)電廠通過(guò)利用上述變形預(yù)防控制技術(shù)及相關(guān)方法，可初步達(dá)成預(yù)期的效益目標(biāo)。舉例而言，目前已應(yīng)該技術(shù)方法的工程有節(jié)能昌馬第一風(fēng)電場(chǎng)16套、華電黑崖子風(fēng)電場(chǎng)二期工程15套、華電苦水第一風(fēng)電場(chǎng)34套。經(jīng)不完全的統(tǒng)計(jì)調(diào)查顯示，累計(jì)完成3MW塔架149套。從經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)看，上述技術(shù)方法可有效遏制法蘭焊接變形問(wèn)題，同時(shí)也可以規(guī)避法蘭焊接期間存在的質(zhì)量缺陷問(wèn)題。

綜合來(lái)看，上述技術(shù)方法的推廣與應(yīng)用，在一定程度上可以保障出廠產(chǎn)品合格率，同時(shí)也可以有效縮短工期，非常利于深化現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)效益。且從數(shù)據(jù)結(jié)果上來(lái)看，經(jīng)與市場(chǎng)部共同核算分析得知，該技術(shù)在工程實(shí)踐中取得良好收益，如可高達(dá)近200萬(wàn)元。針對(duì)于此，建議風(fēng)電廠管理人員應(yīng)該高度重視該項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容。最好可以按照統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署原則，確保該項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容得以精準(zhǔn)貫徹與落實(shí)。

3 風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接變形預(yù)防控制管理措施及相關(guān)建議

3.1 掌握風(fēng)機(jī)塔蘭焊接指標(biāo)要素，做好細(xì)節(jié)處理工作

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭焊接工作而言，現(xiàn)場(chǎng)操作人員需要重點(diǎn)針對(duì)法蘭平面度、法蘭角變形（內(nèi)傾量）以及法蘭橢圓度等關(guān)鍵指標(biāo)要素進(jìn)行重點(diǎn)把握。結(jié)合當(dāng)前風(fēng)電塔架法蘭應(yīng)情況來(lái)看，大多數(shù)風(fēng)電塔架在法蘭的選用上主要以高頸法蘭為主。究其原因，主要是因?yàn)楦哳i法蘭對(duì)法蘭平面度以及法蘭變形控制比較有利。因此在焊接施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該準(zhǔn)確掌握風(fēng)機(jī)塔蘭焊接指標(biāo)要素，并做好細(xì)節(jié)處理工作。舉例而言，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該對(duì)互相連接的一對(duì)法蘭進(jìn)行對(duì)把焊接處理。因?qū)Π押髣傂栽鰪?qiáng)，對(duì)于上述三項(xiàng)指標(biāo)比較有利；因法蘭要求內(nèi)傾，促使對(duì)施焊順序有嚴(yán)格要求。結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在施焊順序的確立上，一般多以先焊內(nèi)側(cè)、后焊外側(cè)為主。在焊接方法的選擇上，可根據(jù)焊接方法進(jìn)行合理確定；施焊過(guò)程需要不間斷一次焊完，防止因法蘭受熱不均勻而對(duì)上述三項(xiàng)指標(biāo)造成不利影響。在具體焊接處理過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可按照以下原則要求完成風(fēng)電塔架法蘭與筒體的高質(zhì)量焊接過(guò)程。

一方面，對(duì)于風(fēng)電塔架法蘭與筒體的焊接工作而言，現(xiàn)場(chǎng)操作人員必須確保單節(jié)筒節(jié)端面必須保持一定的平面度，確保筒體始終與法蘭組始終處于無(wú)間隙組對(duì)關(guān)系。如果組對(duì)完有間隙問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)操作人員需要采取加強(qiáng)措施進(jìn)行針對(duì)性處理。需要注意的是，在焊接處理時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該按照先焊接內(nèi)側(cè)再焊接外側(cè)的順序進(jìn)行針對(duì)性處理。其中，焊接順序并不是固定不變的，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)焊接順序進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。需要注意的是，為防止焊后法蘭出現(xiàn)外傾或者內(nèi)傾不超標(biāo)問(wèn)題，建議現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該一次焊接完畢，且中途不要存在停焊問(wèn)題。

另一方面，如果焊接工作結(jié)束之后存在內(nèi)傾超標(biāo)問(wèn)題，建議現(xiàn)場(chǎng)操作人員可利用火焰在外側(cè)進(jìn)行校正處理。舉例而言，操作人員可利用碳弧氣刨方式對(duì)外側(cè)焊縫進(jìn)行針對(duì)性處理。與此同時(shí)，如果產(chǎn)生明顯外傾現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可根據(jù)外清程度表現(xiàn)，采用碳弧氣刨方式去除焊縫。需要注意的是，在操作處理過(guò)程中，操作人員應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)焊接規(guī)范要求，選擇合適的方法進(jìn)行針對(duì)性處理。因某些公司在規(guī)范上不允許火焰校正，建議現(xiàn)場(chǎng)操作人員可根據(jù)公司規(guī)定情況，選擇合適的方法進(jìn)行應(yīng)用處理。

除此之外，某些塔架制作廠家組對(duì)時(shí)存在間隙不均勻問(wèn)題，針對(duì)這一問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該在塔架安裝過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)材料質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)。確保材料質(zhì)量無(wú)誤之后，按照科學(xué)合理的方式進(jìn)行焊接操作處理。焊接工作結(jié)束之后，現(xiàn)場(chǎng)操作人員需要測(cè)量法蘭平面度是否符合規(guī)范要求。可以說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接過(guò)程中所涉及到的控制要點(diǎn)較多，建議現(xiàn)場(chǎng)操作人員可結(jié)合實(shí)際情況規(guī)范個(gè)人的操作行為，避免出現(xiàn)操作失誤問(wèn)題。

3.2 按照質(zhì)量安全管控原則，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)的集中化管理

風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接變形控制施工所涉及到的流程內(nèi)容較多，在施工操作期間，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該嚴(yán)格規(guī)范個(gè)人的操作行為。并按照質(zhì)量安全管控原則，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)的集中化管理。一方面，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該深刻意識(shí)到自身崗位職責(zé)的重要性。對(duì)于當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接期間存在的變形問(wèn)題進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別與科學(xué)預(yù)防。主要可以根據(jù)變形問(wèn)題具體表現(xiàn)及成因，采取針對(duì)性措施加以處理。與此同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該主動(dòng)結(jié)合風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接施工期間所涉及到的要點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，制定控制變形問(wèn)題的方案措施。除此之外，現(xiàn)場(chǎng)操作人員在焊接處理過(guò)程中應(yīng)該深刻意識(shí)到質(zhì)量管理以及安全管理的重要性。因此在焊接處理期間，建議現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該深化個(gè)人的質(zhì)量管理意識(shí)以及安全管理意識(shí)，對(duì)焊接施工期間所涉及到的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題進(jìn)行提前預(yù)防與管理，以避免出現(xiàn)焊接失誤問(wèn)題。

另一方面，在正式開(kāi)工之前，相關(guān)負(fù)責(zé)人員應(yīng)該對(duì)參與施工的各方責(zé)任主體所涉及到的資質(zhì)能力情況以及從業(yè)素質(zhì)情況進(jìn)行審查。根據(jù)審查結(jié)果，明確當(dāng)前焊接隊(duì)伍建設(shè)情況以及專(zhuān)業(yè)素質(zhì)情況。在開(kāi)工之后，相關(guān)負(fù)責(zé)人員應(yīng)該對(duì)施工單監(jiān)理單位所制定的方案內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)審查。一旦發(fā)現(xiàn)某些細(xì)節(jié)要給存在不符合規(guī)范要求的情況，建議相關(guān)負(fù)責(zé)人員應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性整改。除此之外，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭以及筒體焊接施工期間所涉及到的關(guān)鍵工序內(nèi)容，建議相關(guān)負(fù)責(zé)人員應(yīng)該加強(qiáng)驗(yàn)收監(jiān)督管理力度。需要注意的是，在現(xiàn)場(chǎng)焊接施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)參建人員應(yīng)該主動(dòng)承擔(dān)起自身的崗位職責(zé)，按照質(zhì)量?jī)?yōu)先與綜合治理的理念原則，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)所涉及到的焊接要點(diǎn)以及注意事項(xiàng)進(jìn)行合理把握。一旦發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)焊接施工期間存在質(zhì)量缺陷問(wèn)題，操作人員必須結(jié)合缺陷問(wèn)題具體表現(xiàn)及成因，采取針對(duì)性措施加以消除。這樣一來(lái)，基本上可以為風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭及筒體焊接施工提供良好的質(zhì)量保障。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，為加強(qiáng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接變形問(wèn)題的預(yù)防與控制，建議工作人員應(yīng)該適當(dāng)改進(jìn)風(fēng)力發(fā)電塔筒法蘭以及筒體焊接工藝。最好可以主動(dòng)從成因識(shí)別以及預(yù)防管理等層面入手，嚴(yán)格按照控制變形方法，有效提高法蘭平面度以及內(nèi)傾度一次性合格率。這樣一來(lái)，不僅可以全面提高現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)效率，同時(shí)也可以有效降低成本。最重要的是，與其他方法相較而言，這種操作方法具有較強(qiáng)的可操作性，并且可以很好地對(duì)法蘭焊接質(zhì)量進(jìn)行有效控制，保證工程工期可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。