風電塔架制造工藝及質量控制研究*

□ 石南輝

欽州學院 工程訓練中心 廣西欽州 535011

1 研究背景

作為風電設備的主要部件，風電塔架的制造工藝與質量控制相當重要。風電塔架質量的好壞直接決定著風電設備能否安全運行，也直接影響風電產業的順利發展。所以很有必要對風電塔架的制造過程進行研究，以便對影響質量的關鍵環節進行重點監控。

風電設備的主要焊接結構件有風電塔架、主機架等,這些是風電機組中的主要承載部件，承載著風電機艙和轉子。風電塔架結構可以是管狀，也可以是格子狀，特點是結構跨度大、形式復雜，使用過程中承受較大幅度的疲勞荷載等。

風電塔架均采用全焊結構，焊縫接頭型式多樣，長度長，焊接質量對風電塔架的質量影響很大。因此，為了保證風電設備的安全運行，必須嚴格控制風電塔架的焊接質量[1]。

2 風電塔架生產工藝流程

生產工藝流程是指在生產過程中，生產者利用生產工具將各種原材料、半成品通過一定的設備，按照一定的順序連續進行加工，最終使之成為成品的方法與過程。通過了解生產工藝流程，可以清楚地掌握生產過程。

風電塔架的生產工藝流程圖如圖1所示。

圖1 風電塔架生產工藝流程

3 生產前準備

3.1 原材料準備及控制要點

風電塔架的原材料主要包括塔架筒體板材、基礎環板材、門框板材、筒體法蘭、基礎環法蘭、內附件及焊材等。在接到風電塔架訂單后，需要對風電塔架結構圖紙及材料進行審核、統計。在生產前的準備過程中，要做好原材料的采購控制，對原材料供應商要通過招投標進行確定。風電塔架原材料的準備及控制要點如下。

（1）筒體板材、基礎環板材、門框板材要求為探傷板材，質量達到NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》標準中超聲檢測Ⅰ級要求，并同時提供相關材質單、合格證書及檢測報告。

（2）內附件需按技術規范要求，提供質量證明文件和檢測報告。

（3）板材在使用前要進行復檢，主要的檢驗項目有鋼板的尺寸、外形、質量及允許偏差，按GB/T 709—2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》標準中的要求執行，其中厚度允許偏差執行B類要求。

（4）鋼板表面外觀、尺寸及厚度驗收合格后，按照每次到貨數量的10%進行100%超聲復驗，質量達到NB/T 47013—2015標準中超聲檢測Ⅰ級要求，并按爐批號進行化學成分及力學性能復檢。

（5）門框鋼板入廠后必須每張進行表面外觀、尺寸、厚度及無損檢測，并按爐批號進行化學成分及力學性能復檢。

（6）筒體和基礎環的板材及法蘭材料按爐批號和批次取樣，化學分析每爐一個，拉伸每批次一個，彎曲每批次一個，沖擊每批次三個，Z向斷面收縮率每批次三個。法蘭入廠進行100%超聲Ⅰ級復檢、100%磁粉Ⅰ級復檢，復檢試樣由法蘭制造商提供，檢測一套。

焊條、焊劑等焊材使用前需注意以下問題。

（1）焊材要求有供應商提供的質量證明書，包括化學成分、力學性能等。

（2）焊材要有入庫手續，使用前還應對焊材進行復驗，復驗項目包括化學成分及力學性能等，保證焊材處于可控狀態。

（3）使用前必須按規定的要求進行烘干，烘干的焊條、焊劑應存放在120～140℃保溫箱內，隨用隨取。

3.2 技術準備

在生產前要編制相應的質量文件并審核發布，主要包括質量手冊、質量控制程序文件、質量管理制度文件、制造工藝文件等，以及質量控制相關表格。其中需要重點控制的幾個相關文件及表格為：生產工藝流程圖、母材焊接復檢指導書及加工圖、焊接工藝評定及焊接工藝規程、各工序工藝規程及工藝卡、各工序相關圖表及記錄表格。

焊接前，需按NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》標準或合同協議中要求的標準進行焊接工藝評定，并按合格的焊接工藝評定報告編制焊接工藝規程[2-11]，產品試板的數量及規格按合同協議進行準備。

3.3 鋼板下料

鋼板下料的質量直接影響到下道工序的裝配質量及焊接質量，必須要嚴格控制鋼板下料質量。需要控制的關鍵點主要有：鋼板下料長度偏差≤2 mm、寬度之差≤2 mm（至少需要測量五處）、對角線之差≤3 mm。火焰切割的表面不能有溝槽、氧化渣等，對于較大的溝槽，需打磨后進行修補，較大的氧化渣需打磨干凈。切割好的鋼板需做好標記的移植工作，并用鋼字頭做好相應的編號等工作。坡口需按照焊縫坡口圖進行加工，不能私自更改坡口尺寸。

4 裝配與焊接

4.1 鋼板卷制

在鋼板卷制前及卷制過程中，鋼板表面的氧化皮與雜物應采用壓縮空氣吹掃干凈。卷制過程中要嚴格按卷制工藝規程操作，并用弧度樣板進行測量，避免過卷。需要控制的關鍵點有：任意橫截面圓度公差（Dmax/Dmin）≤1.005（D 為筒節直徑）、外圓周長偏差≤5 mm、組對間隙0.5～2.0 mm、錯邊量≤1.0 mm、錯口量≤1.5 mm。對筒節縱焊縫棱角和環向表面局部凸凹度要求，當板厚t≤30 mm時，用弦長L=（1/6）D，且L最小值為500 mm的內外樣板測量，橫角高度E≤0.1t+1 mm。當板厚t≥30 mm時，用弦長L=（1/6）D，且L最小值為800 mm的內外樣板測量，E≤0.1t+1 mm。

4.2 筒節縱縫焊接

筒節縱縫焊接需按焊接工藝規程進行，注意產品焊接試板需要與筒節縱焊縫按相同工藝同時焊接，產品試板的厚度及坡口型式等需與筒節縱縫一致。另外，縱縫焊接時需要加引弧板和熄弧板，需注意點焊位置不會干涉正常焊接。

4.3 基礎環裝配與焊接

基礎環法蘭與基礎環裝配要嚴格按裝配工藝進行，法蘭與基礎環之間的環縫對口間隙≤3.0 mm。間隙嚴禁過大，更不允許間隙大小不一。環縫對口錯邊量≤0.1t，且最大不超過2.5 mm。基礎環筒節的縱縫要在法蘭相鄰兩個螺栓孔之間。裝配后要嚴格檢查法蘭的平面度、內傾度。

4.4 筒節與筒節、法蘭裝配

筒節與筒節的裝配采用外壁對齊方式，環縫對口錯邊量≤0.1t，且最大不超過2.5 mm。相鄰筒節縱縫需要錯開180°，若不能滿足要求，則其相錯量不小于170°。筒節的縱縫要在法蘭相鄰兩個螺栓孔之間。單段塔架兩端面法蘭平面度≤3.0 mm，同軸度≤2.5 mm。裝配后要嚴格檢查法蘭的平面度、內傾度，并將相關數據流轉到下道焊接工序。

4.5 筒體環縫及門框焊接

筒節環縫焊接需按焊接工藝規程進行，環縫焊接每層焊縫接頭應錯開，環縫起弧處與熄弧處要與縱縫錯開。蓋面層焊縫要至少有50 mm的重疊量，不同厚度的焊縫應按1∶4平滑過渡。筒節與法蘭的環縫焊縫需重點控制，焊后筒體兩端面法蘭平面度≤3.0 mm，筒體兩端面法蘭同軸度≤3.0 mm，法蘭端面圓跳度≤2.0 mm。頂法蘭端面平面度和內傾度應控制為≤0.5 mm，其余法蘭端面平面度≤1.5 mm，內傾度≤1.0 mm。

門框焊接過程中，需要注意控制焊接變形，可采用對稱分散焊接[12]，并在焊接中采取防變形措施，如剛性固定支撐等。門框本體若需拼接，拼接焊縫與筒體環焊縫需要錯開至少100 mm，門框中心線與筒體的縱焊縫至少相錯90°。門框焊前需要嚴格按工藝要求進行預熱，預熱范圍為焊縫周圍150 mm以內。對稱分散焊接過程的層間溫度不應低于預熱溫度，焊后保溫緩冷。

5 焊后檢測

風電塔架縱焊縫與環焊縫在完成自檢后要進行無損檢測。基礎環法蘭環焊縫為100%超聲Ⅰ級檢測、100%磁粉Ⅰ級檢測。筒節環焊縫與縱焊縫為100%超聲Ⅰ級檢測、100%磁粉Ⅰ級檢測。T型焊縫及薄弱處焊縫增加100%射線檢測，不低于Ⅱ級。門框與筒節焊縫為100%超聲Ⅰ級檢測，100%磁粉Ⅰ級檢測。附件與筒體連接焊縫為20%磁粉檢測。與筒體焊接的螺柱焊縫為100%磁粉Ⅰ級檢測。每個T型接頭焊縫處的射線檢測至少應有兩張，縱縫和環縫各一張，每張檢測的有效長度為300 mm。附件連接焊縫無法進行磁粉檢測時，可采用滲透檢測代替。

6 返修及防腐

風電塔架焊縫的返修需嚴格按返修工藝進行操作，同一焊縫的返修次數不能超過兩次，返修超過兩次的焊縫，返修前需要經過制造單位技術負責人批準，并經過駐廠監造人員審批后方可進行。返修焊縫必須100%重新檢測，焊后焊縫、熱影響區要進行硬度檢測，同時將返修次數、返修部位、返修情況等記錄在質量證明材料中。防腐需嚴格按防腐技術規范要求進行，另外還需要注意基礎環防腐的特殊要求。

7 結束語

風電塔架質量的控制重點在于焊接質量，焊接質量的控制重點在于基礎環筒節與法蘭的環焊縫、筒節與法蘭的環焊縫，以及門框與筒體的焊接。在風電塔架制造過程中嚴格控制影響質量的各個環節，產品的最終質量是完全可以得到保證的。

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