風電塔筒制造技術及質量控制探討

陸偉大

（福建福船一帆新能源裝備制造有限公司，福建 漳州 363211）

傳統化石燃料資源會給環境造成一定程度的污染，隨著石油、天然氣和煤炭等能源的不斷消耗，使得全球變暖不斷加劇，能源的供應也不斷出現危機。風力發電為新型替代能源，全世界可利用風能為1300億千瓦，開發利用風能可以有效降低二氧化碳的排放量。風電塔筒對發電機組起到支撐與吸收震動的作用，塔架方式多為圓錐、圓柱等方式，段數設置為3～4段，風電塔筒主要采用熱軋低合金鋼制作而成，保證塔筒的橢圓度、直線度是保證制造質量的關鍵，需要按照不同的制作工藝做好精度控制。

1 塔筒制造流程

圖1 制造工藝總流程

為了更好地保證風電塔筒制作質量，需要設計部門對加工圖紙進行再次確認，并明確所采用的技術規范。做好塔筒加工制作的技術交底工作，與客戶方面的技術人員、使用人員進行溝通與聯系，對設計圖紙進行交流并指出設計中需要改進的地方，這樣可以更好地結合客戶使用要求。技術部門需要組織設計人員對圖紙進行細化設計，繪制出具有生產指導作用的工程圖，制定出焊接工藝規程和制作工藝，在正式的制作以前還需要組織生產人員進行技術交底，讓工作人員充分領會設計意圖，避免在加工過程中產生偏差。同時，還要做好材料的采購工作，法蘭、鋼材、附件等需要外購，應該嚴格篩選供應商，從技術經濟性方面選擇生產材料，對入場的材料進行檢驗，不合格產品應該退貨處理。生產部門組織人員進行風電塔節制作，嚴格控制加工制作流程，加強質量檢驗工作。塔節制作好進行組對，對組對質量進行檢驗，組對完成進行焊接，然后，進行黑塔終檢，后續進行塔筒內部元件的裝配工作，再對塔筒成品進行驗收，驗收合格后，可以運輸給客戶。

2 風電塔筒制造具體方案

2.1 材料與檢驗

鋼材、法蘭是外購材料，進廠后，需要對外觀尺寸和厚度進行檢驗。鋼板材料外觀質量達到要求后，需要按照進廠數量總數的10%進行抽檢，采用磁粉探傷對鋼材進行質量檢驗，需要抽驗合格率達到100%。法蘭外形檢驗合格后，也按照進貨總數的10%進行抽驗，有用磁粉探傷和超聲探傷，檢測結合要達到國家相關要求。

2.2 鋼板下料

采用數控切割機進行鋼板的下料，根據設計圖紙和生產工藝先進行數控編程，保證設計的程序準確無誤后再進行正式的下料。塔體板制作時，在切割后要保證每90°割一條基準線。下料后，需要對鋼板瓦片進行編號，標記好對應的方向和方位線，標記好瓦片鋼板出爐批號與鋼板號，采用鋼印方式標記于鋼板上。風電塔筒體鋼板切割尺寸偏差長度方向應該將誤差控制在±2mm，板寬誤差不可以超過2mm，測量位置不可以少于5個，對角線偏差應該控制在3mm以內。根據制定的零件工藝卡要求，需要保證切割好每個瓦片環縫、縱縫的坡口，坡口角度值達到以加工工藝需要，在進行組對前將坡口周圍30mm范圍進行打磨，保證達到足夠的光滑度。

2.3 卷板及調圓

在對風電塔筒進行卷板時，可以制作成弦長為1.2m樣板進行長度控制，保證筒體與樣板相互間的縫隙不超過2mm。卷圓加工時，需要對縱縫進行定位焊接，做好錯邊量的控制，在筒體坡口外側，采用氣體保護焊進行點焊固定，正式進行焊接時，還需要加裝好焊接試板、引弧板及熄弧板。縱縫組對時，需要將筒體對接間隙限定在0～2mm，錯邊量控制在3mm內。調圓處理后，將風電筒節任何橫截面圓度公差達到0.5D%的要求。

2.4 縱縫焊接

先進行筒節內縫的焊接，完成內縫焊接以后，對背縫進行清根處理，將焊縫坡口完全暴露出來，再對背縫進行焊接。焊接作業過程中，當縱縫對接部位間隙值大于1mm，可以針對該部位應用氣體保護焊進行打底處理，焊絲規格為φ1.2mm，采用埋弧焊應該保證焊絲規格為φ4mm。焊接作業時，層溫維持在100～250℃，線能量控制在39kJ/cm，可以更好地保證焊線可以承受-40°沖擊功。焊接作業完成后，需要根據質量檢測標準對縱縫采用超聲波探傷，使縱縫合格級別達到Ⅰ級。還需要對焊縫外觀質量進行檢測，查看是否存在咬邊等質量缺陷，不合格的需要進行返工。縱縫焊接質量達到合格標準以后，需要將熄弧板、引弧板完全切除掉，對坡口部位進行打磨處理。將熄弧板、引弧板進行切除，可以利用切割片或割槍進行處理，不可以采用大錘方法對熄弧板、引弧板進行敲擊。

2.5 拼裝

風電塔筒法蘭節需要在拼裝平臺上完成，拼裝作業前，需要先對法蘭節瓦片、法蘭對接部位管口周長進行準確的測量，對錯邊量進行估算。實際的拼裝過程中，可以把法蘭中存在坡口的管口向上放置，也就是保證上法蘭頸部向上。將象限線、梯子安裝中心線、筒節縱縫位置等方位線在法蘭上進行清楚標記。拼裝作業需要保證法蘭與簡節間不可以存在間隙，保證管壁外部對齊，使局部錯邊量不超過1.5mm。拼裝質量達到合格要求后，需要將外壁焊縫進行封焊處理。在環縫組對機或滾輪架上進行單元節接裝，進行環縫的定位焊接，可以對管口周長值進行測量，這樣可以很好地進行錯邊量的控制，如果周長值相差比較大，不可以進行強行進行拼裝。還需要保證每個管節相互間的縱縫錯開180°，使管節相互間隙盡量達到0，外壁要保證對齊，局部錯牙不應該大于2mm。管節拼裝達到合格要求后，對外縫進行封焊施工，保證封焊施工質量達到牢固要求。單元節拼裝施工后，對法蘭孔位置度、環縫對口錯邊量、筒體兩端面平行度、環縫對口間隙等進行檢測，環縫對口錯邊量應該小于0.1tmm，t是鋼板公稱厚度，兩板厚度差不可計入錯邊量。

2.6 環縫焊接

先進行內環縫焊接，再對外縫清根處理，然后，進行外環縫焊接，當焊縫坡口金屬完全裸露出來后進行正式焊接，嚴格按照焊接工藝要求組織焊接作業。層間溫度需要控制在100～250℃。不可將筒體非焊接部位進行接地，接地線應該應用專用工裝，焊材使用前進行烘干。進行多層焊接，需要將前層焊道進行清理，相同部位不可以進行兩次以上的返修，T字頭部位300mm不可認存在焊縫接頭。法蘭節焊接時，需要控制好內傾度，可以采用鋁型材貼緊法蘭面，結合實際的變形情況對焊接順序進行合理調整。

2.7 附件拼裝及焊接

需要嚴格按照制定的工藝進行風電塔筒附件的安裝，可以采用氣體保護焊或手工焊。

3 黑塔終檢

需要在熱處理工序完成后開展塔筒焊接檢驗，對塔筒底或基礎段的環縫進行檢測，熱處理冷卻后進行1000%的超聲波、磁粉檢測。進行砂箱泄露測試工作，在一個法蘭上安裝壓縮空氣進口，裝滿砂后，將填入口進行焊接關閉處理，將壓縮空氣提高到0.1MPa，再采用肥皂水進行測試，然后，將空氣釋放掉。震蕩衰減器油杯測試，需要在焊接表面涂上熒光滲透液，應用UV射線進行探測，真空測試采用0.1bar壓縮空氣。對門框焊接、分段法蘭尺寸、塔段進行檢查。

4 涂裝

為了保證涂裝質量，需要與油漆廠家簽訂技術協議，由生產廠家檢驗人員指導表面處理與檢查，需要對塔體分段進行檢驗。涂裝前對塔筒進行噴砂除銹，并對處理結果進行分段檢驗，查看是否存在損傷、銳邊、油脂、鐵銹等質量缺陷，粗糙度達到涂裝要求。

噴砂作業前，對母材進行可溶鹽測試，還需要檢測施工環境的溫度、濕度，每道噴砂工序不可以超過2小時，噴砂完成后對第一道油漆涂裝前，需要先進行母材檢驗。涂裝完成對漆膜厚度進行檢驗，海上應用塔筒需要每5平米進行一次測試，陸上應用的塔筒每2平方米依次測試。

5 內件安裝

內件安裝有塔筒與底座兩部分，需要做好偏差控制，外購件到貨后需要檢查是否與清單內容一致，不可以存在缺少部件或損壞現象、對內部元件進行安裝時，需要保安裝環境達到規范要求，安裝完成后，進行最終檢驗。

6 儲存及運輸

儲存與發貨人員應該掌握相關知識，塔段存儲需要采用端蓋，可以避免塔段內部進入雜物。端蓋安裝前，需要保證好涂層，法蘭螺栓應該采用防止風雨、日曬的方法，塔段部位、基礎段需要標上安裝圖紙號，螺栓柞需要標識好產品號，倉庫人員需要對存儲的塔段與部件進行登記，還需要定期進行檢查，避免存儲物品性能退化。發貨時，需要對塔段與部件進行核對，并出具發貨檢查報告。對塔段進行包裝。為避免運輸時出現塔段變形，可采用米字撐對法蘭進行加固處理，并采用螺栓進行旋緊。塔段應該捆綁牢固，不可以對腐涂層造成損傷。塔段與支墩間安裝有緩沖物，塔筒交接時，需要收客戶單位、監理方在清單上簽字確認。