風力發電機組機座焊接工藝與質量控制淺析

袁久明

（廣東明陽風電產業集團有限公司，廣東 中山 528437）

0 引言

隨著近幾年國內風電行業的快速發展，中國已成為世界風電裝機和新增裝機量第一大國。但是伴隨而來的是風力發電機組大量嚴重的質量問題，形勢日益嚴峻，維護成本急劇加大，嚴重阻礙了風電行業的發展，因此質量控制成為了亟待解決的問題。機座作為風力發電機組重要基本焊接支撐件，幾乎承載了所有零部件的重量和外力載荷，一旦返修或更換，必然會涉及到其他相關零部件的拆卸，維護成本極大，故其前期的生產工藝和質量控制至關重要。本文重點對風力發電機組機座的焊接工藝與質量控制進行了研究。

1 機座材料及工藝流程

1.1 機座材料

機座材料為低合金高強度結構鋼Q345。由于機座需要承受復雜的動靜載荷，對板材有較高的綜合機械性能要求，為防止內部缺陷，材料必須是UT 探傷板材，并且還需對每塊厚度≥50 mm 的板材按面積的10%進行復驗。

Q345的可焊接性能優良。焊接填充材料必須以等強度原則選擇且性能要求符合最新相關標準。焊接填充材料質量及存儲要嚴格控制，并需有相關質量文檔予以證明。

1.2 機座工藝檢驗流程

圖1為某風力發電機組機座整個制造工藝和檢驗流程圖，本文只針對焊接工序的工藝要求和質量控制進行淺析。

2 機座焊接工藝質量控制［1，2］

2.1 開料和坡口制作

生產方應根據設計方現行圖紙，自行繪制各板件的放樣圖，依據放樣圖使用數控切割機下料、預制，并做好可追溯性標記。鋼板平面必須進行校平，可采用油壓機進行校平，不建議用火焰校平。

根據機座功能要求，焊接坡口一般都有企業標準或技術規范予以規定。坡口應保持平整，不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。鋼材切割符合JB／T 5000.2規定，切割面或剪切面上局部切口深度超差的均應焊補或打磨平滑。

考慮到機組要安裝大量電氣、液壓等易損元件，必須對所有板邊進行去除毛刺、平整并倒圓，以保證其他零部件不會因此受到損傷。

2.2 焊接工藝評定

焊接前，生產方必須進行焊接工藝評定，各項機械性能測試結果均應滿足設計要求。根據評定報告確定焊接方法、焊絲型號、焊絲直徑、焊接電流、焊接速度、氣體流量、每條焊縫的堆焊次數等參數。

2.3 焊接人員資質

所有施焊操作者必須持有有效的國內或國際焊工資質證書。

2.4 焊接組裝

首先對板材進行外觀檢驗。焊接坡口表面及距坡口邊緣50mm 內必須打磨、修整，去除水、油污、銹蝕、積渣和其他影響到焊接質量的有害物質。

圖1 機座工藝和檢驗流程圖

焊接組裝符合現行設計圖紙規定，要充分考慮焊后焊接變形等因素引起的組裝尺寸變化。焊接組裝間隙不超過4mm，不開坡口角焊縫或對接焊縫組裝間隙不超過1.5mm。

零部件均在焊接平臺上進行組立。平臺應用水準儀進行找正、調平，不平度≤1.5mm。組裝前應劃出裝配位置線，按線位裝配。裝配過程中應合理安排裝配順序，必須考慮所有焊縫的焊接勞動強度和變形量。

組裝時避免強力組裝，定位焊縫長度及定位焊縫間距應合理布置，建議定位焊縫長度在25 mm～50mm之間，定位焊縫間距在200 mm～300 mm 之間，以防止焊接變形造成的機座尺寸超差。

機座部分組裝工藝（主要考慮減小焊接變形和焊接操作簡易性）如下：

（1）在焊接平臺上校正并固定板1，再在板1上預制板2、4、6、7、8、9、10的安裝基準線，便于安裝焊接時尺寸的控制。同時準備焊接工藝剛性支撐架，如圖2所示。

圖2 機座前部分剛性支撐架簡圖

（2）板2、7與板1、4、6、8、9、10組焊，注意此鋼板薄，組焊極易變形，可在其直線段距上部約200mm 處點焊H 型鋼剛性固定，點焊固點不少于5處。焊接順序是先將板2、7與立板4、6、8、9、10組焊完成，再與板1焊接。焊接方式是先打底焊，再單面焊接兩層，背面清根焊一層（大坡口側焊接，小坡口側清根），然后就交替焊接。圖3為機座前部分組裝圖

（3）板4、6、8、9、10與板1組焊，為防止變形和保證焊接形位公差，應對其立板設置剛性定位工裝。另外為保證焊接質量和減小勞動強度，可把圖3旋轉90°立起來平焊，焊接方式同第（2）點。

圖3 機座前部分組裝圖

（4）板3、5與板2、7、4、6、8、9、10組焊，可把圖3翻轉180°平焊，注意可點焊2件H 型鋼固定板3、5相對位置。焊接方式同第（2）點。

本文并沒有談到定位焊接，生產方應注意選擇合理的定位焊。

2.5 焊接技術要求

生產方須在焊前編制焊接工藝規程，焊接過程中應嚴格按照焊接工藝的要求控制相關焊接參數，并隨時檢查構件的變形情況。

焊接時焊槍盡量不擺動（如需擺動，則擺動不大于18mm，每道焊縫寬度不大于20mm，每道焊縫厚度＜10mm），采用窄焊道、多道多層焊。焊后檢查，避免弧坑、未熔透及焊縫成形不良等缺陷。

焊接期間應嚴格進行層間清理，去除焊渣、飛濺、裂紋、咬邊、未熔合、成形差的焊道或其他任何影響焊縫質量的缺陷。

對于板厚大于30mm 的機座板件，焊接前應進行預熱，焊后進行后熱，預熱溫度控制在1 000 ℃～1 500℃，預熱區在焊道兩側，每側寬度均應大于焊接厚度的2倍，且不小于75mm，在整個焊接過程中應隨時加熱以保證焊縫道間溫度。

焊工在焊接時要考慮防止焊接變形，各焊縫要點焊牢固，控制焊接順序和焊接方向，使焊接變形最小，以減小焊后校形工序，提高生產效率。

機座焊接件符合JB／T 5000.3規定，未注尺寸公差及形位公差按照標準中B、F級要求執行。

2.6 無損探傷

對所有開坡口焊縫都應按照GB 11345B 類I級標準進行100%超聲波探傷檢測。焊縫缺陷返修后必須復探并且同一部位不允許兩次返修。

對鋼板厚度不大于25mm 的對接焊縫，要求按照單面雙側檢驗；對鋼板厚度大于25mm 的角焊縫，要求按照雙面單側檢驗。進行橫向缺陷檢測時，在焊接接頭兩側邊緣使探頭與焊接接頭中心線成10°～20°角作兩個方向的斜平行掃查。

驗收時，超聲波探傷檢測原則上在機座去應力退火后進行。為保證焊接質量，供方超聲波探傷應分兩次進行，分別在焊接蓋面前和熱處理后。

按照JB／T 4730.4I級標準對焊縫進行100%磁粉檢測，焊縫表面不允許存在任何裂紋和白點缺陷。磁粉檢測應在機座去應力退火冷卻24h后進行。

2.7 去應力退火

轉入去應力退火工序之前，生產方必須嚴格核實焊縫質量及變形量符合要求。為了去除焊接所產生的焊縫內應力，在焊縫檢驗合格后，按照相關標準（應核實技術工藝文件和過程能力是否符合要求）對機座進行整體去應力退火處理。注意產品不允許有彎擾翹曲現象，不允許以振動時效代替去應力退火。

3 結論

本文通過對一種風力發電機組焊接結構件機座的焊接工藝和質量控制要求進行淺析，從生產源頭提出了其控制要點，為風機重要焊接結構件的制造工藝和質量控制方案的制定提供了參考，從而進一步保證風力發電機組運行的可靠性，降低其維護成本。另外本論文并沒有深入對整個機座工藝組焊進行分析，加上風電機座結構形式不一，因此具體結構還需具體對待。

［1］ 成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2007.

［2］ 陳祝年.焊接工程師手冊［M］.北京：機械工業出版社，2010.