風電塔筒超厚型門框制作工藝

張永林，楊保維

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

目前，風力發電因其所利用能源可再生，發電量大等優勢被廣泛使用。塔筒是風力發電系統中最主要的構件之一，在其制作過程中門框的制作及安裝會直接影響底段塔筒的使用性能，力學性能，因此門框的制作、安裝及焊接顯得尤為重要。然而塔筒門框因為考慮其受力及使用性能其形狀如圖1 所示，無法對其進行卷制，只能使用壓機對其進行壓制。其生產流程如圖2 所示。

圖1 門框

圖2 門框制作流程

2 材料復檢

在門框制作前對原材料進行嚴格把控是非常有必要的，材料的力學性能是門框制作的關鍵性因素，現在塔筒門框的制作材料一般為Q355ND-Z35、Q355NE-Z35 兩種材質，這兩種材質都具有冷彎成型性好、易焊接、易加工、具有較高的強度和韌性等特點，在門框板壓制的時候不容易產生裂紋，所以制作門框一般都選擇這兩種材質。門框的設計如圖1 所示，兩端頭為橢圓設計，在安裝時兩端頭安裝在塔筒的豎直方向橢圓形的設計更有利于門框分解受力，可以防止門框在受力過程發生變形。兩側面為直線可對兩端頭起支撐作用，也方便檢修時人員進入。

材料進廠后要對板材進行尺寸復檢同時應對板材進行機械、化學、沖擊等項目的復驗（按不同的爐批號）。所有板材進廠后按照每批次數量10%比例進行超聲復檢，如有一張板不合格，必須每張板都進行復驗，檢測機構一般為具備資質第三方，并出具檢驗報告。所有鋼板進廠后須找有CMA 和CNAS 資質的第三方檢測機構按爐號進行化學成分、按不同板厚及不同批號進行力學性能項目的復驗，化學成分復驗覆蓋100%的爐號，力學性能復驗覆蓋100%批號。

3 放樣、下料及坡口開制

放樣是指將門框展開成我們需要實際下料的圖形。在進行門框板放樣時應根據其中徑進行展開放樣，比如一個圓的外徑是2 000 mm，內徑是1 980 mm，那么我們在展開放樣時應以1 990 mm 為直徑進行展開放樣，這樣放樣出來的圖形在下料出來和卷制后精度要高一些，便于我們安裝門框。

在下料時需注意調節零件之間的間隙以及下料時的火焰補償。同時在下料之前要讓下料設備先進行試運行，以確保下料尺寸的準確性，下料完成之后需按照放樣圖進行零件尺寸復核，復核內容一般包括：長度5 組，寬度5 組，對角線2 組。

一般塔筒組裝后高度會達到100 m 左右，而且制作塔筒所使用的板材也比較厚，塔筒的重量可以達到300 t，這就導致位于底段塔筒的門框會承受非常巨大的力。為了門框能正常投入使用，用來制作塔筒門框的板材都比較厚，其厚度通常會達到70 mm 左右。為了保證門框板焊接位置在后續不影響使用性能，保證焊縫質量，我們在開制坡口時都采用非對稱坡口，比例為3∶2，留3 mm 的鈍邊量，坡口角度為單邊30°，以確保在焊接時可以熔透，保證焊接質量。以板厚為70 mm 為例，坡口形式如圖3 所示，對接焊縫示意圖如圖4 所示。

圖3

圖4

4 壓制

塔筒門框板的壓制是其制作當中非常重要的步驟，塔筒門框板的壓制決定了門框與在塔筒底段預割的門框孔能不能匹配起來，同時因為用來制作門框的板材較厚，在壓制過程中稍不注意就會導致門框板變形。門框板一旦變形由于板厚的原因是非常難修復的，而且變形位置被反復施加壓力會導致板材柔韌性變差，嚴重的會使板材產生裂紋甚至斷裂，這也是門框板的材質一般都選用Q355ND-Z35、Q355NE-Z35 的原因。

由于制作門框所用板材厚度大，材質相比于普通鋼材較為特殊，而且門框板并不是規則的橢圓，所以使用卷板機是無法卷制出來的，為此在制作塔筒門框時基本都采用壓制的方式。而傳統的壓制方法并不能壓制出門框的橢圓部分，所以在壓制門框時需要制作一個專用的壓制胎模如圖5 所示。門框胎模是中空的，由上蓋板、下蓋板、連接棒、弧形板、連接板、內置支撐板6 個部分組成。上、下蓋板起到支撐連接板與弧形板以及傳遞壓力的作用；連接板與連接棒主要起到傳遞壓機壓力的作用；內置支撐板用于支撐弧形板以保證在壓制門框過程中弧形板不會變形；弧形板是與門框板直接接觸的部分，其弧度與門框橢圓部分的弧度是一致的，最終門框的成型就是由其決定的。在壓制過程中需要注意，門框板在開制坡口時采用的是3∶2 非對稱坡口，其壓制完成后坡口應該是內大外小，需要注意不能壓制反了。在壓制時可以先將橢圓部分的弧頂標注出來，壓制時將所標注弧頂與胎模弧頂相對應以確保壓制出來的外形尺寸符合門框尺寸。也可以在壓制前先用卷板機將弧頂位置卷出一定的弧度之后再進行壓制，這樣做的目的是先讓板材具有一定的弧度，在壓制時板材不容易產生滑移。

圖5

5 焊接及校形

門框板在開制坡口時采用的是3∶2 的坡口，壓制完成之后坡口形式為內大外小，焊接為多層多道焊。焊接方法采用焊條電弧焊，因為焊條電弧焊熔深大可以很好的保證門框的使用性能，也可使用二氧化碳氣體保護焊，但是需要使用藥芯焊絲。在焊接時應注意焊接順序，焊接順序為從大坡口一側進行打底及填充一道，之后從小坡口一側進行清根并填充兩道，再從大坡口一側繼續填充及蓋面，最后從小坡口一側填充并蓋面完成焊接，也可采用無氣刨清根工藝進行焊接，如果采用二氧化碳氣體保護焊則無需清根，但是焊接順序不能改變。這樣的焊接順序可以保證在焊接門框時板材不會因焊接收縮及熱輸入太大而產生太大的變形，最大限度的保證了門框的使用性能。在焊接過程中需要嚴格把控門框焊接時的層間溫度，一般在80℃~160℃之間，不低于80℃，不高于160℃以防止溫度太高造成熱影響區母材材質發生改變，一旦母材脆化將嚴重影響門框的使用性能，嚴重的整個門框都會報廢。

在焊接的過程中門框板會因為焊縫冷卻收縮或者焊接熱輸入過大產生一些變形，此時需要進行焊后消應力處理，處理完成之后需再次壓制，以保證門框的外形尺寸，同時也需要對門框焊縫進行檢測，檢測方式視情況而定，一般采用超聲波探傷即可。

6 門框的組對及焊接

在門框制作完成之后下一步就是將門框組裝至底段塔筒，并將門框與塔筒本體進行焊接。底段塔筒的門框安置孔建議在門框制作完成之后按照門框的實際測量尺寸進行開孔，因為一旦門框尺寸略微小于預置孔尺寸整個門框都將報廢，所以在門框未制作完成就先按照圖紙開制預置孔風險是很大的，更不允許在對底段塔筒進行下料時就開預置孔，通過對塔筒本體卷制制作時會使預置孔尺寸發生變化，這時無論門框尺寸有多么精確都是無法安裝的。

門框安裝位置一般處于底段塔筒加強板的位置，加強板的厚度基本是和門框板的厚度是一致的，所以在開制預置孔的坡口時要注意坡口形式，一般為過渡坡口，實際也不可能再在門框上開制出坡口來。焊接完成之后同樣需要進行消應力處理。

7 結束語

本文以風電塔筒超厚型門框的制作為研究對象，詳細論述了在門框制作過程中各個工序制作的要點。經過多次實踐證明其在生產過程中避免了門框報廢、焊縫返修等質量問題，極大的提高了生產效率，節約了生產成本，使用價值極高。