风电塔筒制造技术及质量控制分析

风电塔筒制造技术及质量控制分析

张羽,牛力伟,段国翡

中车兰州机车有限公司玉门分公司 甘肃 酒泉 735200

摘要：风电塔筒对发电机组起到支撑与减震作用，本文先对风电塔筒制造流程进行分析，并分别从风电塔筒制造具体方案、焊缝检测及材料复验和塔筒包装及运输等方面进行探讨，可供相关人员参考。

关键词：风电塔筒；加工制造；质量控制

1. 塔筒制造流程

为了更好地保证风电塔筒制作质量，需要设计部门对加工图纸进行再次确认，并明确所采用的技术规范。做好塔筒加工制作的技术交底工作，与客户方面的技术人员、使用人员进行沟通与联系，对设计图纸进行交流并指出设计中需要改进的地方，这样可以更好地结合客户使用要求。技术部门需要组织设计人员对图纸进行细化设计，绘制出具有生产指导作用的工程图，制定出焊接工艺规程和制作工艺，在正式的制作以前还需要组织生产人员进行技术交底，让工作人员充分领会设计意图，避免在加工过程中产生偏差。同时，还要做好材料的采购工作，法兰、钢材、附件等需要外购，应该严格筛选供应商，从技术经济性方面选择生产材料，对入场的材料进行检验，不合格产品应该退货处理。生产部门组织人员进行风电塔节制作，严格控制加工制作流程，加强质量检验工作。塔节制作好进行组对，对组对质量进行检验，组对完成进行焊接，然后，进行黑塔终检，后续进行塔筒内部元件的装配工作，再对塔筒成品进行验收，验收合格后，可以运输给客户。

2.风电塔筒制造具体方案

2.1材料与检验

钢材、法兰是外购材料，进厂后，需要对外观尺寸和厚度进行检验。钢板材料外观质量达到要求后，需要按照进厂数量总数的10%进行抽检，采用磁粉探伤对钢材进行质量检验，需要抽验合格率达到100%。法兰外形检验合格后，也按照进货总数的10%进行抽验，有用磁粉探伤和超声探伤，检测结合要达到国家相关要求。

2.2钢板下料

采用数控切割机进行钢板的下料，根据设计图纸和生产工艺先进行数控编程，保证设计的程序准确无误后再进行正式的下料。塔体板制作时，在切割后要保证每90°割一条基准线。下料后，需要对钢板瓦片进行编号，标记好对应的方向和方位线，标记好瓦片钢板出炉批号与钢板号，采用钢印方式标记于钢板上。风电塔筒体钢板切割尺寸偏差长度方向应该将误差控制在±2mm，板宽误差不可以超过2mm，测量位置不可以少于5个，对角线偏差应该控制在3mm以内。根据制定的零件工艺卡要求，需要保证切割好每个瓦片环缝、纵缝的坡口，坡口角度值达到以加工工艺需要，在进行组对前将坡口周围30mm范围进行打磨，保证达到足够的光滑度。

2.3卷板及调圆

在对风电塔筒进行卷板时，可以制作成弦长为1.2m样板进行长度控制，保证筒体与样板相互间的缝隙不超过2mm。卷圆加工时，需要对纵缝进行定位焊接，做好错边量的控制，在筒体坡口外侧，采用气体保护焊进行点焊固定，正式进行焊接时，还需要加装好焊接试板、引弧板及熄弧板。纵缝组对时，需要将筒体对接间隙限定在0～2mm，错边量控制在3mm内。调圆处理后，将风电筒节任何横截面圆度公差达到0.5D%的要求。

2.4纵缝焊接

先进行筒节内缝的焊接，完成内缝焊接以后，对背缝进行清根处理，将焊缝坡口完全暴露出来，再对背缝进行焊接。焊接作业过程中，当纵缝对接部位间隙值大于1mm，可以针对该部位应用气体保护焊进行打底处理，焊丝规格为φ1.2mm，采用埋弧焊应该保证焊丝规格为φ4mm。焊接作业时，层温维持在100～250℃，线能量控制在39kJ/cm，可以更好地保证焊线可以承受-40°冲击功。焊接作业完成后，需要根据质量检测标准对纵缝采用超声波探伤，使纵缝合格级别达到Ⅰ级。还需要对焊缝外观质量进行检测，查看是否存在咬边等质量缺陷，不合格的需要进行返工。纵缝焊接质量达到合格标准以后，需要将熄弧板、引弧板完全切除掉，对坡口部位进行打磨处理。将熄弧板、引弧板进行切除，可以利用切割片或割枪进行处理，不可以采用大锤方法对熄弧板、引弧板进行敲击。

2.5拼装

风电塔筒法兰节需要在拼装平台上完成，拼装作业前，需要先对法兰节瓦片、法兰对接部位管口周长进行准确的测量，对错边量进行估算。实际的拼装过程中，可以把法兰中存在坡口的管口向上放置，也就是保证上法兰颈部向上。将象限线、梯子安装中心线、筒节纵缝位置等方位线在法兰上进行清楚标记。拼装作业需要保证法兰与简节间不可以存在间隙，保证管壁外部对齐，使局部错边量不超过1.5mm。拼装质量达到合格要求后，需要将外壁焊缝进行封焊处理。在环缝组对机或滚轮架上进行单元节接装，进行环缝的定位焊接，可以对管口周长值进行测量，这样可以很好地进行错边量的控制，如果周长值相差比较大，不可以进行强行进行拼装。还需要保证每个管节相互间的纵缝错开180°，使管节相互间隙尽量达到0，外壁要保证对齐，局部错牙不应该大于2mm。管节拼装达到合格要求后，对外缝进行封焊施工，保证封焊施工质量达到牢固要求。单元节拼装施工后，对法兰孔位置度、环缝对口错边量、筒体两端面平行度、环缝对口间隙等进行检测，环缝对口错边量应该小于0.1tmm，t是钢板公称厚度，两板厚度差不可计入错边量。

2.6环缝焊接

先进行内环缝焊接，再对外缝清根处理，然后，进行外环缝焊接，当焊缝坡口金属完全裸露出来后进行正式焊接，严格按照焊接工艺要求组织焊接作业。层间温度需要控制在100～250℃。不可将筒体非焊接部位进行接地，接地线应该应用专用工装，焊材使用前进行烘干。进行多层焊接，需要将前层焊道进行清理，相同部位不可以进行两次以上的返修，T字头部位300mm不可认存在焊缝接头。法兰节焊接时，需要控制好内倾度，可以采用铝型材贴紧法兰面，结合实际的变形情况对焊接顺序进行合理调整。

2.7 附件拼装及焊接

需要严格按照制定的工艺进行风电塔筒附件的安装，可以采用气体保护焊或手工焊。

3.黑塔终检

需要在热处理工序完成后开展塔筒焊接检验，对塔筒底或基础段的环缝进行检测，热处理冷却后进行1000%的超声波、磁粉检测。进行砂箱泄露测试工作，在一个法兰上安装压缩空气进口，装满砂后，将填入口进行焊接关闭处理，将压缩空气提高到0.1MPa，再采用肥皂水进行测试，然后，将空气释放掉。震荡衰减器油杯测试，需要在焊接表面涂上荧光渗透液，应用UV射线进行探测，真空测试采用0.1bar压缩空气。对门框焊接、分段法兰尺寸、塔段进行检查。

4.涂装

为了保证涂装质量，需要与油漆厂家签订技术协议，由生产厂家检验人员指导表面处理与检查，需要对塔体分段进行检验。涂装前对塔筒进行喷砂除锈，并对处理结果进行分段检验，查看是否存在损伤、锐边、油脂、铁锈等质量缺陷，粗糙度达到涂装要求。喷砂作业前，对母材进行可溶盐测试，还需要检测施工环境的温度、湿度，每道喷砂工序不可以超过2小时，喷砂完成后对第一道油漆涂装前，需要先进行母材检验。涂装完成对漆膜厚度进行检验，海上应用塔筒需要每5平米进行一次测试，陆上应用的塔筒每2平方米依次测试。

5.内件安装

内件安装有塔筒与底座两部分，需要做好偏差控制，外购件到货后需要检查是否与清单内容一致，不可以存在缺少部件或损坏现象、对内部元件进行安装时，需要保安装环境达到规范要求，安装完成后，进行最终检验。

参考文献：

[1]华绪银.反向平衡法兰风电塔筒制作工法[J].中国新技术新产品,2020(09):60-62.

[2]王冠,李晨,张雪,许红,王鑫,迟绍宁.风电塔筒地脚螺栓断裂失效分析[J].现代制造技术与装备,2019(11):88-90.