风电发电塔架T型法兰焊接内倾度控制

风电发电塔架 T型法兰焊接内倾度控制

李贺威 许文奎 刘斌 刘永江 刘媛媛 邢超超

中国水电四局（兰州）机械装备有限公司云南分公司 云南 祥云 672100

摘要：本文通过国家电投广西灵山大怀山二期风电场风电塔架制作的实例介绍了T型法兰内倾度焊接控制的原理、方法、工艺及实施方案等，并通过对T型法兰内倾度焊接前后的对比，了解焊接工艺对法兰内倾度的变化。

关键字：风力发电；法兰；埋弧焊；内倾度

前言

风力发电塔架是风力发电机的一个关键支撑部件，它是由数段筒体依靠法兰以及高强螺栓连接而成的。塔架与锚栓基础通过T型法兰连接，塔架若在制作中工艺控制不当，将影响风力发电机的正常工作效率、加大机械磨损、缩短机械设备的正常使用年限，如何控制塔架T型法兰焊接后的内倾度是塔架制作的关键。

1、工程概况

灵山大怀山风电场位于广西壮族自治区钦州市灵山县，场址内山顶海拔约300m～800m，属山地丘陵风电场。场址区域地质条件较好，具备建设风电场的工程地质条件。灵山大怀山二期风电场建设规模为100MW，国家电投广西公司灵山大怀山风电场二期工程工程采用18台金风115/2200（轮毂高度80m）机型和32台金风126/2200（轮毂高度90m）机型。塔架底法兰采用T型锻造法兰制作。

2、T型法兰应用生产现状

随着国内陆上风电市场普遍采用锚栓组合件式基础，与锚栓组合件相连接的法兰采用T型法兰，T型法兰作为连接底部基础的一个重要部件，制作精度要求较高，但由于底段塔架与法兰连接钢板较厚，且T型法兰内倾度≤2.5mm（任意 30°扇区范围内不大于1）,内倾度要求≤1.5mm，T型法兰焊接变形较难为控制，普遍存在焊后内倾度超差问题，直接影响风电塔架安装精度，从而影响整个工程质量。统计以往同期塔架制作情况，一次验收合格率仅为50%，造成了大量的返工。T型法兰焊接内倾度控制提高验收合格率，可以减少返工工作量，有效控制成本。由于该项目作为国家电投集团2020年重点保电价项目，项目工期紧，任务重、质量要求高，施工难度和履约压力极大。

3、T型法兰内倾度检测方法

法兰内倾度使用瑞典Damalini AB公司制造的Easy-laserTME910检测，检测法兰面时，在法兰面等分进行测量，每点测得数字都在规范要求范围内，法兰面才合格。

4、查找影响法兰内倾度的原因

总结前期项目制作经验，结合塔架制作图纸和技术规范里对T型法兰内倾度质量的要求，重点分析法兰内倾度超差的原因，从“人机料法环测”六大方面影响法兰内倾度的原因分析得出结论：

1、法兰初始加工外形尺寸的影响

2、焊接线能量过大造成焊接后法兰变形

3、下料尺寸精确度对筒体组对的影响

4、焊接坡口工艺的因素

5、解决方法

（1）总结过往焊接经验，根据法兰脖颈长度和脖颈厚度提前预留法兰内倾焊接变形量

为有效减小筒体法兰焊后变形超出规范，通过对过往法兰外翻或内倾变形数据进行统计分析,在法兰采购时，要求法兰制作厂家法兰进行预加工,即在焊接前使法兰存在一定的内倾量(预留焊接反变形量)，在法兰到厂后，安排检验人员对法兰平面度进行复测，复测合格后，然后进行对正装配、焊接，取得了比较满意的效果。经过反复试验,最终确定了采购法兰时预留内倾量为法兰1.5-2.0 mm。

（2）选择合适的焊接工艺，加工适合的坡口形式

不同的坡口用同样的焊接方法，焊后的变形是截然不同的，经过多次试验，对于以上的双面坡口形式，特别是对称双面坡口，焊后变形比较难控制，而单面坡口却可以根据刨缝的深度来很好的控制法兰的内倾度。T型法兰颈厚普遍大于30mm，坡口设计为内壁大，外壁小坡口的双面不对称坡口。在生产过程中，我们还要根据其实际的变形量来更改坡口角度、钝边大小，以达到焊后法兰不外翻，内倾适度的状态。

（3）根据到厂法兰的测量情况在焊接过程中监测焊接变形，及时调整焊接工艺及焊接顺序

法兰颈厚>30mm的内大外小双面坡口时，先焊接内部坡口，预留盖面层，外壁坡口清根，再焊外壁坡口，最后焊接内壁盖面层。根据其实际的变形量来调整焊接顺序、焊接工艺，来保证法兰内倾度。

（4）提高和法兰连接筒节的下料精度及卷制精度，确保法兰无约束力组对

a、拼装时将管节的管口撑圆，外边平齐后在外侧点焊固定。

b、拼装前将法兰固定在专用的工装上，并用水准仪调平（平面度≤1mm）。

c、拼装完法兰与工装之间的间隙≤0.5mm，法兰与管节之间的间隙≤1mm

（5）控制线能量，减少焊接变形

a、采用CO2气体保护焊在外壁进行打底，焊丝采用ER50-C6，焊丝直径Ф1.2mm，焊接电流220～250A，电压28～30V，气体流量15～20L/min；

b、内壁埋弧焊进行填充盖面，焊丝为H10Mn2，焊丝直径Ф4mm，焊剂为 SJ101，焊接能量≤39KJ/cm；焊接过程中控制层间温度不大于预热温度，控制每 层厚度不大于5mm。

c、整体焊接时，以最长母线作为焊接起焊点，最大限度地减少筒体对角线及母线长度误差，另外在焊接过程中，严格控制焊接线能量，要求小于39KJ/cm，尽量减少由于焊接造成筒体的不规则变形。

6、效果检查和效益分析

结论：通过焊接控制，风电塔架T型法兰面一次验收合格率由控制前的49.66％提高到94.12％，能够满足现场生产需求。

以往根据抽查结果平均约50.34％的风电塔架法兰点面需要返工（合格率平均为49.66％），活动后每个T型法兰需要返工的法兰点面减少为约5.88%，每个法兰点面返工费用（矫正处理用的氧气、乙炔等零材以及人工费等）约50元，通过焊接控制，大怀山50套风电塔架T型法兰50个，法兰点面1350个，共节省费用1500×（50.34％－5.88％）×50=33345元。按照年产200套风电塔架，则每年可节约成本约13.5万元。对今后风电塔架制造具有长远经济效益。

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