風力發電機架的焊接工藝研究

童永鋼

（國水投資集團 西安風電設備股份有限公司，陜西 西安 710038）

1 概述

風能作為一種清潔的可再生能源， 越來越受到世界各國的重視。 風能產業的發展也越來越快，單機的設計裝機容量也越來越大，對產品的要求越來越高。 機架作為雙饋式風力發電機的主要零部件，使用環境惡劣，不僅受到溫度的影響，還要受到風沙的侵蝕。 因此對于機架的制造要求非常高。 機架的主要材料為：Q345E，它是一種低合金高強度鋼，在低溫條件下沖擊韌性非常好，被廣泛用于風力發電設備上，是一種不可缺少的低溫材料。

2 Q345E 鋼板焊材的選用

（1）焊接材料時除考慮等強度原則外，還應重視低溫沖擊值的匹配。 我公司選擇如下廠家的焊絲分別進行了焊接工藝評定試驗。

1#——DHQ50-G1 廠家為新大洋；2#——CHW-40CNH廠家為大西洋；3#——JM55-Ⅱ廠家為錦泰；4#——CHW-55CNH 廠家為大西洋；5#——RM-56 廠家為錦泰；6#——S-G廠家林肯。

表1 試板焊接接頭的實驗數據

（2） 試板焊接工藝評定采用客戶要求的標準DL/T868 進行，試板焊接后都進行了超聲波探傷（UT）、磁粉探傷（MT）合格后，對試板進行拉伸、彎曲、沖擊等試驗。 焊接接頭的抗拉強度值、彎曲無裂紋、沖擊值必須滿足產品的性能要求。 因此，根據表1 可知，1#、3# 焊絲可以滿足機架的使用要求， 但是1# 的抗拉強度值接近鋼板的下線值，因此在實際生產時不做考慮。

綜上所述， 焊接Q345E 鋼板機架的焊接材料選用3# 焊絲，可以應用到實際生產中。

3 機架的焊接

機架由前機架和后機架組成， 其中前機架的焊接難度最大。 前機架的底板、面板和中間的橫筋都是厚度80mm 鋼板，要求焊接后進行超聲波探傷（UT）達標準JB/T4730.3 中I 級要求，整體機架熱處理后要求進行磁粉探傷（MT）達標準JB/T4730.4中I 級要求。 對焊接的要求比較高，而且操作難度比較大。

焊接工藝措施：

（1）選擇合理的坡口形式。 機架的中間橫筋間最小間隙為290mm， 在實際施焊的過程中我們選擇不對稱坡口的形式，將大坡口放到小間隙處，在小坡口處進行碳弧氣刨，此種坡口形式能夠很好的控制焊接變形，并且易于操作。

（2）選擇適合的焊接參數。 1）對待焊工件焊前要求進行預熱150-250℃，這樣能夠降低裂紋產生的幾率，并且減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能。 2)為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須采用小規范焊接。 具體措施為：選用直徑小的焊絲、薄焊層、多層多道的焊接工藝。 焊道的每層厚度不大于5mm，控制焊接熱輸入，后道焊縫焊接時的加熱過程是對前道焊縫的一次再熱過程， 從而達到細化晶粒的目的。具體施焊的電流為： 打底層采用Ф1.2 焊絲， 焊接電流控制在220-280A；填充層層采用Ф1.6 的焊絲，焊接電流260-320A；蓋面層采用Ф1.6 的焊絲，焊接電流280-330A。3)嚴格控制層間溫度150-200℃，保證熱影響區的韌性。

（3）焊接順序。 機架采用二人對稱施焊，焊接方向由中間向兩邊施焊，在焊接大坡口時，打底層必須使用小規范操作，因為它的焊接是影響焊接變形的主要原因。 在打底層焊接結束后，背面進行清根。 再使用碳弧氣刨清根，必須對焊縫進行機械打磨，清理焊縫表面滲碳層，露出金屬光澤，防止表層碳化嚴重造成裂紋。

4 結語

按此焊接工藝施工， 使機架焊后經無損檢驗一次合格率達到100%。經過實際施焊的驗證，此焊接工藝措施不僅能保證焊縫的質量，而且能夠控制機架的焊后變形，滿足客戶的要求。

采用多層多道焊接Q345E 大厚板，并按照JB/T4730 標準做UT 和MT 探傷合格，大大的提高了焊接的一次合格率，還可以有效的控制焊接變形。

通過合理的焊接規程，使機架的變形控制在3mm 以內，達到設計要求，并經UT 和MT 無損檢測合格，焊接質量也達到設計要求，用戶非常滿意。