風(fēng)電塔筒的焊接

■ 齊 偉，王海東，沈 忠，王 星

1. 概述

華能懷寧龍池（遠(yuǎn)景2.2MW）風(fēng)電塔筒項(xiàng)目為我公司首次承接的大型鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，由中車同力供料并技術(shù)指導(dǎo)。筒體為鋼板卷制焊接，存在大量環(huán)、縱焊縫，筒體與聯(lián)接法蘭間為環(huán)型焊縫，以上焊縫全部采用埋弧焊，焊接質(zhì)量要求相當(dāng)高。由于法蘭口徑比較大，直徑達(dá)4350mm，焊接要求高，一旦焊接工藝不當(dāng)，法蘭平面外傾超過0°，內(nèi)傾間隙超過50絲，就會導(dǎo)致法蘭報(bào)廢。為確保平面度可控，從筒體的焊接接開始，就必須有嚴(yán)格的控制程序。

該系列產(chǎn)品，總計(jì)二十臺塔筒。每臺塔筒又分上、中上、中下、下四段，每段由8～10節(jié)對接組成（見圖1），單節(jié)由Q345D低合金鋼卷圓焊接（見圖2）。

每段筒體縱橫拼接全部完成后，和法蘭以工裝設(shè)備自動滾動進(jìn)行埋弧焊環(huán)型焊接（見圖3）。法蘭為2940mm/4300mm兩種口徑，材質(zhì)為S355N—Z35合金鋼。筒體相關(guān)所有焊縫，焊接質(zhì)量要求很高，焊后須經(jīng)UT/RT檢測合格。該項(xiàng)目的焊后無損檢測（見圖4）全部由第三方專業(yè)檢測公司負(fù)責(zé)。

整個(gè)項(xiàng)目最關(guān)鍵的工序，就是法蘭平面度的控制，而法蘭的焊接就顯得尤為重要。

單臺四段筒體完成后，與法蘭連接，并安裝小部件、油漆。經(jīng)檢測合格后，陸續(xù)裝車出廠（見圖5）。

圖1 單段環(huán)縫拼接

圖2 鋼板卷圓單節(jié)縱縫對接

圖3 筒節(jié)與法蘭焊前裝配

圖5 單臺主體結(jié)構(gòu)制作完成

2. 焊前準(zhǔn)備

加強(qiáng)下料和回圓精度的控制，盡量減少強(qiáng)制裝配，焊前先磨平強(qiáng)制裝配產(chǎn)生的碼腳。當(dāng)焊絲或者焊劑更換牌號或者品牌時(shí)需要重新進(jìn)行工藝評定試驗(yàn)。

（1）焊材選用 根據(jù)技術(shù)規(guī)范，所有焊材為-40℃試驗(yàn)溫度要求，包括埋弧焊絲H10Mn2、焊劑F5A2—H10Mn2，以及輔助用的CO2實(shí)芯焊絲ER50—6。所有焊材使用前，必須以批次為單位進(jìn)行嚴(yán)格復(fù)驗(yàn)，并提交監(jiān)理試驗(yàn)報(bào)告。

（2）坡口清理 用砂輪打磨坡口及附近塔體的表面銹跡，氧化皮等直至表面見金屬光澤，坡口區(qū)域打磨不能過度磨傷母材。

（3）定位焊 埋弧定位焊一律采用實(shí)芯焊絲；縱縫兩頭裝上引弧板、引出板（尺寸為100mm×120mm，與母材等厚等材料），焊接運(yùn)絲均勻，收尾處適當(dāng)停頓，注意與定位焊的銜接；每段定位焊的長度應(yīng)≥50mm， 定位焊間距應(yīng)在300mm 以內(nèi)，定位應(yīng)該在筒體外側(cè)。

（4）焊前預(yù)熱 焊接環(huán)境溫度應(yīng)＞0℃（低于0℃時(shí)，應(yīng)在施焊處100mm范圍內(nèi)加熱到15～50℃)。任意厚度的鋼板焊前必須保證坡口及附近塔體干燥，所有板厚＞30mm的鋼板要求焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度80～100℃。

3. 筒體焊接要點(diǎn)

筒體的縱橫對接縫，外側(cè)先用實(shí)芯焊絲半自動焊封底，然后內(nèi)側(cè)采用埋弧焊，最后外側(cè)碳弧氣刨后使用埋弧焊焊接。

（1）外側(cè)封底焊 視焊縫間隙的情況進(jìn)行輕微的擺動，原則上拉直線的焊道為佳，較好的焊縫應(yīng)該是寬度適中，高度均勻，無氣孔、焊瘤、斷絲、接頭未接上現(xiàn)象，焊縫呈減弱過渡到兩側(cè)；當(dāng)間隙偏大時(shí)，應(yīng)加大焊縫余高，預(yù)防焊穿。

（2）內(nèi)側(cè)埋弧焊 焊接時(shí)焊絲軸心應(yīng)該正對坡口的中心，內(nèi)部焊接首道時(shí)應(yīng)該在保證不燒穿的前提下盡可能用較大的參數(shù)，這里可以通過觀察外部打底層的發(fā)紅程度來判斷，原則發(fā)亮紅之前的焊接參數(shù)最佳，超過則可能焊穿；蓋面時(shí)盡可能使用小參數(shù)相對低的速度焊接，以保證焊縫的成形美觀，同時(shí)也必須隨時(shí)關(guān)注焊縫的余高，可適當(dāng)?shù)募哟箅妷阂垣@得平滑的焊縫，以免不必要的打磨。30mm 以上的厚板打底焊后必須保證立即連續(xù)工作，一旦停頓時(shí)間過長會導(dǎo)致整圈裂紋的額外危險(xiǎn)。

（3）外側(cè)埋弧焊 外部埋弧焊焊接前，先碳弧氣刨清除打底焊，原則上焊縫的寬度應(yīng)大于焊縫的深度，再者觀察是否是法蘭與筒體連接的焊縫，如果是前者就必須用碳刨將坡口刨開一定的寬度，若是后者則必須用碳弧氣刨加深加寬焊縫，這些都并非清根處理，碳弧氣刨后必須進(jìn)行打磨。焊接時(shí)在不超過熱輸入的情況下可以采用較大的電流以保證焊透，外側(cè)焊縫一般為單道打底焊，蓋面時(shí)盡可能使用合理的焊接參數(shù)以保證焊縫的成形美觀。

（4）焊接熔深的估算 I型焊縫，熔深≈1mm/100A；Y型焊縫，熔深≈0.7mm/100A。

（5）焊接順序 先內(nèi)側(cè)焊縫后外側(cè)焊縫，對于32mm 以上X形坡口的板，為了防止單側(cè)角變形過大，焊接時(shí)內(nèi)外可進(jìn)行交替施焊。

（6）其他注意要點(diǎn) 焊接工作不允許傷害筒體，以及在筒體的任何部位進(jìn)行引弧，更不允許在筒體的任意部位焊接把手或接地線部件等。各焊層/道首尾焊縫應(yīng)重疊≥100mm，各焊層/道接頭應(yīng)相互錯(cuò)開≥250mm。對于環(huán)焊縫，焊縫必須重疊，任何情況下，在開始和結(jié)束區(qū)域的焊縫余高不得超過3mm。縱焊縫焊接時(shí)在開始和結(jié)束處必須使用引弧板和引出板。相鄰?fù)补?jié)的縱焊縫應(yīng)相錯(cuò)180°±5°，受結(jié)構(gòu)限制最小不得低于90°。

4. 筒體與法蘭的焊接

裝配間隙應(yīng)為0～1mm，當(dāng)間隙＞1mm時(shí)必須進(jìn)行堆焊處理以減小間隙，但左右不得相連。焊接順序如圖6所示。

根據(jù)遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)規(guī)范要求，法蘭焊后檢測標(biāo)準(zhǔn)為：法蘭平面不得外傾，內(nèi)傾平面度允許極限0.5mm。因此設(shè)計(jì)不對稱X形坡口時(shí)，首先焊接內(nèi)側(cè)，填充到一定程度后到外側(cè)碳弧氣刨清根進(jìn)行填充焊接，然后回到內(nèi)側(cè)完成內(nèi)側(cè)焊縫焊接，最后完成外側(cè)焊縫焊接。如此交叉焊接可以最大限度的對稱焊接，達(dá)到減小焊接變形的目的。焊接參數(shù)嚴(yán)格按表1、表2執(zhí)行。

5. 焊后檢測

（1）自檢 為保證成形，原則上蓋面焊寬控制在坡口寬加2～3mm。

（2）修磨 砂輪打磨余高＞3mm 的部分焊縫表面。

（3）無損檢測 根據(jù)無損檢測圖及《NB/T 40713—2015承壓設(shè)備無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行無損檢測。

（4）平面度檢測 焊后使用激光對中儀測量法蘭平面度，如超出標(biāo)準(zhǔn)則應(yīng)立即展開調(diào)查是何環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，進(jìn)而整改，避免再次出現(xiàn)問題。

圖6 焊接順序

表1 GMAW焊接參數(shù)

表2 SAW焊接參數(shù)

6. 結(jié)語

工藝人員將焊接質(zhì)量當(dāng)作基本點(diǎn)，為減少返工帶來的焊接變形，明確工藝要點(diǎn)，確保了該處焊縫質(zhì)量一次合格率達(dá)到98%以上。另外，把控制法蘭平面度變形當(dāng)做關(guān)鍵點(diǎn)，改變傳統(tǒng)焊接模式，嚴(yán)格控制裝配間隙，采用X不對稱坡口，控制焊接參數(shù)和正反交叉焊接順序，實(shí)時(shí)測量法蘭焊接過程中的變形，掌握變形規(guī)律，最終使法蘭平面度內(nèi)傾間隙控制在40絲以內(nèi)。

該項(xiàng)目的順利完成，為公司積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，為今后承接其他鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目夯實(shí)了堅(jiān)固的基礎(chǔ)。