風力發(fā)電塔架制造關鍵工藝淺述

涂明　吳子杰

摘 要：以某公司承接風力發(fā)電塔架制作工程為背景，介紹了塔架制造通過試制確定質(zhì)量控制關鍵點的設置，工藝制作，施工質(zhì)量保證措施及安全措施。通過設備的順利安裝和項目的穩(wěn)定運作事實表明，該套控制工藝操作簡單、質(zhì)量控制效果好、效率高，普遍適合圓筒形風力發(fā)電塔架的制作。

關鍵詞：塔架制造；工藝；試制；焊接；控制要點

1 概述

隨著社會高速發(fā)展，人類文明對電的需求日益緊缺，可持續(xù)發(fā)展對環(huán)境保護提出新的要求，因此新能源發(fā)電漸被重視。風力發(fā)電因其低污染，低碳環(huán)保，投資回收期短等優(yōu)勢，在地理條件允許的情況下被視為首選。塔架是風力發(fā)電的重要設備，設備的質(zhì)量直接影響風力發(fā)電整套設備的運行穩(wěn)定。結合本人工作實踐經(jīng)驗，淺述我公司塔架的制造工藝技術，及關鍵控制要點。

塔架制造工作內(nèi)容包括：基礎環(huán)、分節(jié)塔筒及其內(nèi)部平臺、樓梯、門框等的制造及防腐，塔架工廠制造及防腐好運到工地用高強螺栓法蘭連接，分節(jié)間的法蘭均采用外購專業(yè)廠生產(chǎn)的標準法蘭，埋入地下的基礎環(huán)底法蘭自制。1.5MW風力發(fā)電機塔筒外形尺寸大（φ4200mm），單段長度較長（28000mm），焊接工作量大，制造精度要求高，工期緊。本文重點探討如何控制塔架加工重點工序的制造精度，如何利用自動焊接解決焊接工作量大等難題。

2 解決技術難點方法

本項目主要采用做實驗的方法進行研究，采取制定工藝→小量試制→及時總結改進→小量生產(chǎn)→再次改進→批量生產(chǎn)。

2.1 總體思路。了解目前風電塔架制造的主要流程，使用高精度設備測量手段。對塔架制造質(zhì)量控制的如下幾個關鍵點進行攻關：（1） 塔筒卷制精度的控制；（2） 內(nèi)外環(huán)縫自動焊工藝；（3） 塔筒組對機應用技術；（4） 筒體與法蘭組對整體外形尺寸控制；（5） 塔筒及法蘭焊接變形控制；（6） 激光檢測系統(tǒng)的應用。

2.2 技術方案。首先根據(jù)我廠現(xiàn)有廠房情況布置2條風電塔架制造生產(chǎn)線。新購生產(chǎn)線設備有：3000*40全液壓四混卷板機1臺，10噸可調(diào)式焊接滾輪架1套，20噸可調(diào)傾斜焊接滾輪架1套，60噸可調(diào)式焊接滾輪架6套，30噸組對滾輪架2套，60噸可調(diào)式噴漆滾輪架2套；80噸可調(diào)式噴砂滾輪架1套；立柱式內(nèi)環(huán)縫焊接操作機1臺，立柱式外環(huán)縫焊接操作機1臺，激光測平儀1套，從硬件上保證生產(chǎn)線的先進性。我們通過小量塔架試制（共5套），解決了如下幾個關鍵點：（1） 塔筒卷制精度的控制：筒節(jié)鋼板下料用數(shù)控切割機下料，保證了下料精度，使相鄰管節(jié)周長差達到技術要求，按工藝圖下料檢查合格的板先用四混卷板機兩端壓頭及滾圓，筒節(jié)的精度關鍵是兩端部，只有端部兩邊各1米范圍壓頭及滾圓合格才能后續(xù)滾整圓，管節(jié)兩端做內(nèi)弧樣板檢查合格，在四混卷板機組對縱縫后才能下架，管節(jié)縱縫焊接焊縫檢查合格后回四混卷板機滾圓時，必需調(diào)平上下輥的平行度，嚴禁單邊壓力過大。局部壓力過大會產(chǎn)生單側板伸長，出現(xiàn)大頭現(xiàn)象（本工程開始未注意到此點，共報廢管節(jié)7節(jié)）。使回圓管節(jié)達到圓度技術規(guī)范要求。（2） 內(nèi)外環(huán)縫自動焊工藝：內(nèi)外環(huán)縫自動焊是關鍵控制點，我們對板厚≤16mm鋼板采用不開坡口自動焊焊接工藝，焊前對組對間隙≥1.5mm的局部位置背縫用二氧化碳氣保焊補焊一道，防止自動焊焊穿，背縫自動焊再把補焊的焊道清除，清除深度3～4mm（為使焊道寬度一致，未補焊部位一并清除）；對板厚>16mm鋼板采用開坡口自動焊焊接工藝，焊前開坡口內(nèi)側先用二氧化碳氣保焊焊2～3道，確保自動焊不焊穿，背縫自動焊前不一定清根，但必需氣刨清平焊縫底面。所有自動焊嚴格按試驗確定的工藝參數(shù)焊接。（3） 筒體與法蘭組對焊、處理工藝：筒體與法蘭組對焊是最關鍵的環(huán)節(jié)，因塔筒工地安裝精度靠法蘭平面度保證，頂法蘭焊后平面度要求≤0.8mm（國家標準草案規(guī)定，明陽要求為0.5mm），其它法蘭焊后平面度要求≤2 mm，通過工藝實踐總結，我們總結出法蘭焊后平面度間與組對坡口，焊接方法，管節(jié)圓度有重大關系，我們最后采用頂法蘭和≤14mm管節(jié)法蘭縫用二氧化碳氣體保護焊工藝，>16mm管節(jié)法蘭縫手工焊打底后用自動焊.并嚴格按焊接工藝規(guī)程操作。法蘭焊后經(jīng)平面度檢查局部達不到要求時，采用火焰處理，外翻法蘭采用火焰烤法蘭肉轉角辦法，局部高點采用火焰烤對應環(huán)縫的方法，火焰烤溫度局寬度視超標情況確定。（4） 塔筒組對及焊接工藝控制：塔筒組對按管節(jié)編號對號入座，先把管口兩端周長四等分，劃出素線，縱縫按規(guī)定的相對法蘭方位組對，每組一節(jié)測量四個方位素線長度差控制≤3 mm，最后組完1條分節(jié)塔筒素線長度差控制≤2 mm，對角線長度差控制≤3 mm。測量時必需用測力器，拉力5～10kg，因使用相對差比較，同組測量拉力要相等。尺寸不符時要劃出原因，嚴禁隨意修割管口，塔筒組對嚴禁管外焊鋼碼。（5） 塔筒焊接工藝控制：每組2個管節(jié)，用內(nèi)環(huán)縫操作機先焊內(nèi)環(huán)縫。濕度大的天氣焊前必用火焰烤焊道水份，焊完分節(jié)塔筒的全部內(nèi)環(huán)縫，再用外環(huán)縫操作機焊外環(huán)縫。外環(huán)縫焊前清除封間隙的背縫，并用砂輪磨光焊縫兩側刨渣。為減少變形外環(huán)縫焊接用調(diào)焊法。（6） 分節(jié)塔筒焊后檢查及平面度平行度控制。本工序是控制塔筒制造精度的關鍵的環(huán)節(jié)，單件檢查合格管節(jié)法蘭平面度受管段環(huán)縫焊接應力影響，會變形改變法蘭平面度，塔筒組對后會焊接收縮，塔筒素線長度，對角線長度都有變化。環(huán)縫檢查合格后，通過激光測平儀平面度檢查，彈簧拉力器拉尺平行度檢查達不到要求的必須處理，通過工藝摸索我們掌握了一套行之有效的火焰校正法，部分因焊接變形引起的平面度平行度超差均可通過分析變形后在相關聯(lián)部位用火焰烤環(huán)縫的校正法處理。火焰烤的溫度、環(huán)縫位置，塔架支承位置通過尺寸變成分析確定，當法蘭平面度和法蘭平行度同時出現(xiàn)超差時，先處理法蘭平面度，后處理法蘭平行度，使分段塔架筒體達到標準要求。

3 施工質(zhì)量保證措施及安全措施

3.1 施工質(zhì)量保證方面，著重做好以下幾個環(huán)節(jié)：（1） 開工前抓好圖紙會審及轉換車間施工圖工作，對關鍵工序和特殊過程編制作業(yè)指導書；（2） 對進場人員要求：配備足夠的技術人員、管理人員和技術工人，特殊工種都經(jīng)過嚴格培訓，及做各種工藝試驗；（3） 材料進場檢驗制度：制訂材料標識、可追溯性和材料檢驗等制度；（4） 技術交底制度：由項目技術負責人對總體施工方案、分項施工技術措施進行技術交底，由分項工程師對每一道工序、每一班組實行交底；（5） 施工過程實行“三檢”制度。每一工序完工要通過自檢、復檢、終檢；（6） 質(zhì)量否決權：項目經(jīng)理、項目技術負責人、項目質(zhì)檢部門有權對不顧質(zhì)量的施工行為發(fā)出停工整改指令，待糾正檢查合格后才能復工。

3.2 安全保證措施。（1） 所有進入現(xiàn)場人員，必須按有關規(guī)定穿著工作服、勞保鞋、配帶安全帽，特殊工作人員要配帶專門的防護用品，如電焊工要配帶面罩和目鏡。（2） 施工現(xiàn)場存放的設備、材料，應做到場地安全可靠，存放整齊，通道暢通。（3） 起重機械在吊塔筒前要經(jīng)過試車檢查，使用專用吊帶，應專人指揮，禁止斜吊，禁止任何人在吊運物品上或在下方停留和行走。物件懸空時，駕駛員不能離開操作崗位。（4） 電工、焊工、起重機司機和各種機動車輛司機，必須經(jīng)過專門培訓，考試合格后發(fā)給操作證，方準獨立操作。（5） 氧氣、乙炔的使用要符合安全操作規(guī)程，以防引起火災、爆炸事故。（6） 現(xiàn)場照明線路必須絕緣良好，布線整齊且應相對固定。（7） 行燈電壓不得超過36V，在塔筒內(nèi)部工作時，行燈電壓不得超過12V，行燈必須帶有防護網(wǎng)罩。

4 本項目實施工效果及改進推廣應用前景

本項目在解決如何控制塔架加工重點工序的制造精度，利用自動焊接解決焊接工作量大等方面跨進了國內(nèi)先進行列，本工藝值得在其他風電項目推廣應用。

作者簡介：涂明（1983- ），男，工程師，主要從事金屬結構技術工作；吳子杰（1976- ）工程師，主要從事工程管理工作。