兆瓦級風機焊接結構件焊接工藝評定

周意普 李龍 曹小強

1.概述

兆瓦級風力發電機中主要的焊接結構件有塔架、主機架等，是風機中主要承載部件，具有結構跨度大、形式復雜及使用過程中承受較大幅度的疲勞荷載等特點。這些部件采用全焊結構，焊縫接頭形式多、長度長，焊接質量對結構件的質量影響很大。因此，為嚴格控制風機焊接結構件的焊接質量，必須進行焊接工藝評定，以驗證所擬定焊接工藝的正確性。

2.焊接評定標準的選定

截至2012年，中國風電裝機容量已居世界第一位。為了消化產能過剩等問題，各風電廠商陸續將風機出口海外。因此焊接評定涉及的標準主要有中國標準、歐洲標準ISO15614和美國ASME標準。為了確保焊接質量，國內風電焊接結構件大多以JB4708為依據進行焊接工藝評定。這三個標準的材料分類、母材的覆蓋范圍、板厚的覆蓋范圍等都存在差別，對試驗項目、試件試驗要求、焊工資格要求等規定也不盡相同。在焊前，一定要根據業主的要求，選擇合適的標準進行焊接工藝評定工作，同時要對各種標準的異同做到心中有數。

3.焊接工藝評定

（1）試塊基材 風機焊接結構件主要采用Q345系列鋼板。以Q345E鋼板為例，Q345E屬于低合金高強度鋼，低溫韌性較好，－40℃的沖擊吸收能量Akv≥27J，抗拉強度為470～630MPa。Q345E的化學成分如表1所示。根據國際焊接協會推薦碳當量公式計算求得Q345E的碳當量為0.35%～0.50%。風機主機架采用中厚Q345E鋼板，坡口深，焊接時冷卻速度快，焊縫中的擴散氫不易逸出，使焊縫中的擴散氫增加。在淬硬組織、擴散氫、焊接應力的作用下，易產生冷裂紋。

（2）焊接試板準備 試板的規格按JB4744的規定進行選取。為了確保試樣的制備，單塊試板長度應≥300mm，寬度應≥125mm。風機焊接結構件焊縫厚度從10～100mm不等，接頭形式為對接焊縫和角接焊縫。根據JB4708的規定，要覆蓋所有的焊縫范圍，選取厚度為50mm的對接焊縫試塊，即可滿足要求。

（3）焊接坡口 采用X形坡口，如附圖所示。焊前去除坡口周邊至少110mm范圍內的油污、鐵銹等。

（4）焊接材料 采用CO2氣體保護焊，焊絲ER50—6，焊絲成分如表2所示，為了保證焊縫的可靠性，保護氣體為80%Ar+20%CO2的混合氣體。

焊接坡口

表1 Q345E的化學成分 (質量分數) (%)

表2 ER50—6化學成分典型值（質量分數） (%)

（5）焊接工藝 施焊前必須對焊件進行預熱，預熱溫度為100～150℃。預熱的目的是使焊件近表面的大部分擴散氫逸出，防止氫的聚集而產生的晶間應力導致開裂。焊接參數如表3所示。采用對稱焊接以減小焊接變形，對焊縫根部進行清根處理。

采用ER50—6焊絲，用CO2保護氣體進行焊接，電弧燃燒穩定，飛濺少。但過大或過小的焊接熱輸入對焊縫的性能、抗裂性等都會產生影響。因此要確定合適的焊接參數，并要求通過鍋爐壓力容器焊工考試的持證焊工進行焊接操作。

焊后熱處理工藝采用（600±20）℃、保溫4h后風冷。

4.評定結果與分析

（1）焊縫檢測 焊縫外觀按ISO5817標準B級要求檢測；焊縫按JB4730Ⅱ級要求進行超聲波探傷。經檢測合格后按JB4744標準的規定進行試樣的制備。

（2）拉伸試驗 按GB/T228執行，結果如表4所示。從表4中數據可以看出，焊縫的拉伸強度滿足要求。

（3）彎曲試驗 采用4個側彎試件，按GB/T232標準執行。試驗結果如表5所示，試驗結果全部合格。

（4）沖擊試驗 按GB/T229標準的規定執行，試驗結果如表6所示，試驗結果合格。

從力學性能試驗結果可見，焊縫的強度和韌性均優于母材，說明工藝評定規范合理。

表3 焊接參數

表4 焊接接頭拉伸試驗結果

表5 焊接接頭彎曲試驗結果

表6 焊接接頭沖擊試驗結果

5.結語

焊接工藝評定是最重要的焊接資料，是保證施工質量必不可少的環節。采用φ1.2mm、ER50—6焊絲，按設計的焊接參數焊接50mm對接試板，焊接接頭的各項性能指標均滿足標準的要求。

實踐證明，依據焊接工藝評定制定出的焊接工藝指導生產，完全滿足批量生產的要求。