風(fēng)電塔筒超厚型門(mén)框制作工藝

張永林，楊保維

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

目前，風(fēng)力發(fā)電因其所利用能源可再生，發(fā)電量大等優(yōu)勢(shì)被廣泛使用。塔筒是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中最主要的構(gòu)件之一，在其制作過(guò)程中門(mén)框的制作及安裝會(huì)直接影響底段塔筒的使用性能，力學(xué)性能，因此門(mén)框的制作、安裝及焊接顯得尤為重要。然而塔筒門(mén)框因?yàn)榭紤]其受力及使用性能其形狀如圖1 所示，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行卷制，只能使用壓機(jī)對(duì)其進(jìn)行壓制。其生產(chǎn)流程如圖2 所示。

圖1 門(mén)框

圖2 門(mén)框制作流程

2 材料復(fù)檢

在門(mén)框制作前對(duì)原材料進(jìn)行嚴(yán)格把控是非常有必要的，材料的力學(xué)性能是門(mén)框制作的關(guān)鍵性因素，現(xiàn)在塔筒門(mén)框的制作材料一般為Q355ND-Z35、Q355NE-Z35 兩種材質(zhì)，這兩種材質(zhì)都具有冷彎成型性好、易焊接、易加工、具有較高的強(qiáng)度和韌性等特點(diǎn)，在門(mén)框板壓制的時(shí)候不容易產(chǎn)生裂紋，所以制作門(mén)框一般都選擇這兩種材質(zhì)。門(mén)框的設(shè)計(jì)如圖1 所示，兩端頭為橢圓設(shè)計(jì)，在安裝時(shí)兩端頭安裝在塔筒的豎直方向橢圓形的設(shè)計(jì)更有利于門(mén)框分解受力，可以防止門(mén)框在受力過(guò)程發(fā)生變形。兩側(cè)面為直線可對(duì)兩端頭起支撐作用，也方便檢修時(shí)人員進(jìn)入。

材料進(jìn)廠后要對(duì)板材進(jìn)行尺寸復(fù)檢同時(shí)應(yīng)對(duì)板材進(jìn)行機(jī)械、化學(xué)、沖擊等項(xiàng)目的復(fù)驗(yàn)（按不同的爐批號(hào)）。所有板材進(jìn)廠后按照每批次數(shù)量10%比例進(jìn)行超聲復(fù)檢，如有一張板不合格，必須每張板都進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，檢測(cè)機(jī)構(gòu)一般為具備資質(zhì)第三方，并出具檢驗(yàn)報(bào)告。所有鋼板進(jìn)廠后須找有CMA 和CNAS 資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)按爐號(hào)進(jìn)行化學(xué)成分、按不同板厚及不同批號(hào)進(jìn)行力學(xué)性能項(xiàng)目的復(fù)驗(yàn)，化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)覆蓋100%的爐號(hào)，力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)覆蓋100%批號(hào)。

3 放樣、下料及坡口開(kāi)制

放樣是指將門(mén)框展開(kāi)成我們需要實(shí)際下料的圖形。在進(jìn)行門(mén)框板放樣時(shí)應(yīng)根據(jù)其中徑進(jìn)行展開(kāi)放樣，比如一個(gè)圓的外徑是2 000 mm，內(nèi)徑是1 980 mm，那么我們?cè)谡归_(kāi)放樣時(shí)應(yīng)以1 990 mm 為直徑進(jìn)行展開(kāi)放樣，這樣放樣出來(lái)的圖形在下料出來(lái)和卷制后精度要高一些，便于我們安裝門(mén)框。

在下料時(shí)需注意調(diào)節(jié)零件之間的間隙以及下料時(shí)的火焰補(bǔ)償。同時(shí)在下料之前要讓下料設(shè)備先進(jìn)行試運(yùn)行，以確保下料尺寸的準(zhǔn)確性，下料完成之后需按照放樣圖進(jìn)行零件尺寸復(fù)核，復(fù)核內(nèi)容一般包括：長(zhǎng)度5 組，寬度5 組，對(duì)角線2 組。

一般塔筒組裝后高度會(huì)達(dá)到100 m 左右，而且制作塔筒所使用的板材也比較厚，塔筒的重量可以達(dá)到300 t，這就導(dǎo)致位于底段塔筒的門(mén)框會(huì)承受非常巨大的力。為了門(mén)框能正常投入使用，用來(lái)制作塔筒門(mén)框的板材都比較厚，其厚度通常會(huì)達(dá)到70 mm 左右。為了保證門(mén)框板焊接位置在后續(xù)不影響使用性能，保證焊縫質(zhì)量，我們?cè)陂_(kāi)制坡口時(shí)都采用非對(duì)稱坡口，比例為3∶2，留3 mm 的鈍邊量，坡口角度為單邊30°，以確保在焊接時(shí)可以熔透，保證焊接質(zhì)量。以板厚為70 mm 為例，坡口形式如圖3 所示，對(duì)接焊縫示意圖如圖4 所示。

圖3

圖4

4 壓制

塔筒門(mén)框板的壓制是其制作當(dāng)中非常重要的步驟，塔筒門(mén)框板的壓制決定了門(mén)框與在塔筒底段預(yù)割的門(mén)框孔能不能匹配起來(lái)，同時(shí)因?yàn)橛脕?lái)制作門(mén)框的板材較厚，在壓制過(guò)程中稍不注意就會(huì)導(dǎo)致門(mén)框板變形。門(mén)框板一旦變形由于板厚的原因是非常難修復(fù)的，而且變形位置被反復(fù)施加壓力會(huì)導(dǎo)致板材柔韌性變差，嚴(yán)重的會(huì)使板材產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，這也是門(mén)框板的材質(zhì)一般都選用Q355ND-Z35、Q355NE-Z35 的原因。

由于制作門(mén)框所用板材厚度大，材質(zhì)相比于普通鋼材較為特殊，而且門(mén)框板并不是規(guī)則的橢圓，所以使用卷板機(jī)是無(wú)法卷制出來(lái)的，為此在制作塔筒門(mén)框時(shí)基本都采用壓制的方式。而傳統(tǒng)的壓制方法并不能壓制出門(mén)框的橢圓部分，所以在壓制門(mén)框時(shí)需要制作一個(gè)專用的壓制胎模如圖5 所示。門(mén)框胎模是中空的，由上蓋板、下蓋板、連接棒、弧形板、連接板、內(nèi)置支撐板6 個(gè)部分組成。上、下蓋板起到支撐連接板與弧形板以及傳遞壓力的作用；連接板與連接棒主要起到傳遞壓機(jī)壓力的作用；內(nèi)置支撐板用于支撐弧形板以保證在壓制門(mén)框過(guò)程中弧形板不會(huì)變形；弧形板是與門(mén)框板直接接觸的部分，其弧度與門(mén)框橢圓部分的弧度是一致的，最終門(mén)框的成型就是由其決定的。在壓制過(guò)程中需要注意，門(mén)框板在開(kāi)制坡口時(shí)采用的是3∶2 非對(duì)稱坡口，其壓制完成后坡口應(yīng)該是內(nèi)大外小，需要注意不能壓制反了。在壓制時(shí)可以先將橢圓部分的弧頂標(biāo)注出來(lái)，壓制時(shí)將所標(biāo)注弧頂與胎?；№斚鄬?duì)應(yīng)以確保壓制出來(lái)的外形尺寸符合門(mén)框尺寸。也可以在壓制前先用卷板機(jī)將弧頂位置卷出一定的弧度之后再進(jìn)行壓制，這樣做的目的是先讓板材具有一定的弧度，在壓制時(shí)板材不容易產(chǎn)生滑移。

圖5

5 焊接及校形

門(mén)框板在開(kāi)制坡口時(shí)采用的是3∶2 的坡口，壓制完成之后坡口形式為內(nèi)大外小，焊接為多層多道焊。焊接方法采用焊條電弧焊，因?yàn)楹笚l電弧焊熔深大可以很好的保證門(mén)框的使用性能，也可使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，但是需要使用藥芯焊絲。在焊接時(shí)應(yīng)注意焊接順序，焊接順序?yàn)閺拇笃驴谝粋?cè)進(jìn)行打底及填充一道，之后從小坡口一側(cè)進(jìn)行清根并填充兩道，再?gòu)拇笃驴谝粋?cè)繼續(xù)填充及蓋面，最后從小坡口一側(cè)填充并蓋面完成焊接，也可采用無(wú)氣刨清根工藝進(jìn)行焊接，如果采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊則無(wú)需清根，但是焊接順序不能改變。這樣的焊接順序可以保證在焊接門(mén)框時(shí)板材不會(huì)因焊接收縮及熱輸入太大而產(chǎn)生太大的變形，最大限度的保證了門(mén)框的使用性能。在焊接過(guò)程中需要嚴(yán)格把控門(mén)框焊接時(shí)的層間溫度，一般在80℃~160℃之間，不低于80℃，不高于160℃以防止溫度太高造成熱影響區(qū)母材材質(zhì)發(fā)生改變，一旦母材脆化將嚴(yán)重影響門(mén)框的使用性能，嚴(yán)重的整個(gè)門(mén)框都會(huì)報(bào)廢。

在焊接的過(guò)程中門(mén)框板會(huì)因?yàn)楹缚p冷卻收縮或者焊接熱輸入過(guò)大產(chǎn)生一些變形，此時(shí)需要進(jìn)行焊后消應(yīng)力處理，處理完成之后需再次壓制，以保證門(mén)框的外形尺寸，同時(shí)也需要對(duì)門(mén)框焊縫進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方式視情況而定，一般采用超聲波探傷即可。

6 門(mén)框的組對(duì)及焊接

在門(mén)框制作完成之后下一步就是將門(mén)框組裝至底段塔筒，并將門(mén)框與塔筒本體進(jìn)行焊接。底段塔筒的門(mén)框安置孔建議在門(mén)框制作完成之后按照門(mén)框的實(shí)際測(cè)量尺寸進(jìn)行開(kāi)孔，因?yàn)橐坏╅T(mén)框尺寸略微小于預(yù)置孔尺寸整個(gè)門(mén)框都將報(bào)廢，所以在門(mén)框未制作完成就先按照?qǐng)D紙開(kāi)制預(yù)置孔風(fēng)險(xiǎn)是很大的，更不允許在對(duì)底段塔筒進(jìn)行下料時(shí)就開(kāi)預(yù)置孔，通過(guò)對(duì)塔筒本體卷制制作時(shí)會(huì)使預(yù)置孔尺寸發(fā)生變化，這時(shí)無(wú)論門(mén)框尺寸有多么精確都是無(wú)法安裝的。

門(mén)框安裝位置一般處于底段塔筒加強(qiáng)板的位置，加強(qiáng)板的厚度基本是和門(mén)框板的厚度是一致的，所以在開(kāi)制預(yù)置孔的坡口時(shí)要注意坡口形式，一般為過(guò)渡坡口，實(shí)際也不可能再在門(mén)框上開(kāi)制出坡口來(lái)。焊接完成之后同樣需要進(jìn)行消應(yīng)力處理。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文以風(fēng)電塔筒超厚型門(mén)框的制作為研究對(duì)象，詳細(xì)論述了在門(mén)框制作過(guò)程中各個(gè)工序制作的要點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐證明其在生產(chǎn)過(guò)程中避免了門(mén)框報(bào)廢、焊縫返修等質(zhì)量問(wèn)題，極大的提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，使用價(jià)值極高。