火焰矫正在风电塔架制作中的应用浅析

[摘 要]在风电塔架的生产过程中，法兰平面度、内倾、外翻以及塔架同轴度、平行度的偏差大小不仅是塔架质量检验中的重点把关环节，也是评价塔架质量的一项重要指标;但由于塔架组对、焊接等的特殊性，并不能完全保证其完全达标，对于风电塔架这种大型构件，传统的机械矫正方法并不能很好的解决该问题;而火焰矫正因其操作方便、可靠等特点，在塔架的变形矫正环节发挥了重要的作用。本文主要介绍了在风电塔架生产过程中火焰矫正方法的应用及注意事项。

[关键词]火焰矫正 平面度 内倾 外翻 同轴度 平行度

中图分类号：TU741.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0373-02

1. 概述：

风电塔架是风力发电机组的重要支承件，塔架的质量直接影响塔架的使用寿命和运营安全。而塔架作为大型焊接构件，其生产过程中难免会因焊接变形等各种因素造成塔架整体尺寸出现偏差，如何可靠、有效的控制、矫正变形偏差，是塔架生产的重要环节;在现阶段，国内各大风电塔架制作厂家一般通过火焰矫正法来控制变形，但不恰当的矫正方法产生的内应力与焊接内应力叠加会使总应力超过材料的许用应力，从而降低塔架的安全系数。因此，在生产制造过程中，必须严格控制火焰矫正对塔架原材料力学性能的影响，本文主要介绍了在风电塔架生产过程中火焰矫正方法的应用及注意事项。

火焰矫正，首先必须分析焊接应力的分布情况和他对焊接变形的影响，然后确定矫正部位和范围，此过程是比较复杂的，要求必须准确，否则效果适得其反。火焰矫正工艺一般采用氧-乙炔火焰加热的方法，此方法需要注意的是火焰和温度的控制。

2. 火焰矫正宽度的选择

根据现场生产实际情况，火焰矫正可采用点状加热或是线状加热方式，加热温度一般控制在540℃～600℃之间;

因火焰加热宽度在30mm内很难控制，而且大于200mm又很难顾及，故矫正加热宽度一般取30～200mm，实际操作过程中取值大小受板厚、纠正量及加热温度等因素影响。结合塔架变形矫正的实际操作经验，火焰矫正宽度的选择如表1所示：

若加热温度和宽度满足不了矫正需求时，可考虑选取多个加热区进行矫正，相邻加热区的距离需保持在50～100mm之间，薄板取下限，厚板取上限，最后一个加热区的宽度视剩余偏差量而定，加热区数量不宜过多，一般不超过4次，同一个加热区不宜反复加热，不然会使材料的机械性能下降。

3.法兰焊接平面度及内倾、外翻质量要求

以我公司已完工的云南大理天峰山龙泉风电项目为例，法兰焊接后的平面度均需符合图纸设计要求，每段塔架焊接后的法兰面的平面的小于或等于1.5mm，顶部法兰平面度小于或等于0.5mm，所有法兰面（沿直径方向）焊后允许内倾不允许外翻，内倾允许偏差量为0～1.5mm。

3.1 法兰焊接变形成因分析

在环缝焊接过程中，按常规焊接顺序为先焊里侧焊缝，然后清根焊外侧焊缝，最后在筒体内侧盖面。焊接过程中焊缝及法兰脖颈处温度很高，法兰受热迅速膨胀，当焊后温度冷却下时，连接法兰因厚度较厚，刚度大，与焊缝区冷却速度不一致，从而导致法兰面形成外翻的角变形，造成法兰面焊接后平面度较差。

3.2 利用火焰矫正筒体法兰的平面度、内倾及外翻

因风塔法兰的特殊结构在设备上很难实现矫正，故我公司采用简单方便、效果好的火焰矫正方法，矫正一般流程如下所示：

A. 加热前的准备：根据法兰焊后尺寸偏差量及板厚等，确定矫正所需的加热温度、加热宽度及加热位置，然后用石笔在筒壁外侧、内侧对称画好加热区;

B. 加热工艺：根据现场实际情况选择点状或线状加热方式，加热温度：540～600°C;加热宽度的选择按上述表1执行;焊炬移动平均速度：3～4mm/s。

C. 加热注意事项：

1）加热温度必须控制在要求范围内，且所用烤枪枪嘴不得超出已标记好的加热区域;

2）在矫正塔架同轴度、平行度等项目时，必须在筒壁的内外侧同时进行，且加热的移动速度应基本保持一致;

3）加热后自然冷却，不可进行强制水冷;

4）不得中途暂停矫正用测温枪测温。

4.风力发电机组塔架在制作过程中的尺寸控制

4.1 平行度（同轴度）尺寸要求

以我公司公司已完工的云南大理天峰山龙泉项目为例，平行度要求控制在3mm以内，如图所示A1A2位置测量母线长度，并旋转筒体后，分别在0°、90°、180°、270°位置，取得4个母线长度，母线误差控制在3mm以内。

同轴度要求控制在3mm以内，如图所示在O1（O2）位置分别找出中心点位置，在中心点位置拴上钢卷尺，另一端用弹簧秤拴住钢卷尺用相同的拉力（5～10kg）测量并记录A、B、C、D四个象限的长度。

4.1.1 塔架平行度（同轴度）尺寸偏差的解决办法

平行度（同轴度）尺寸超差在3mm以内，我公司现采用火焰矫正的办法，在距离法兰1m的部位，进行火焰热矫。若加热一道热矫区达不到效果，可根据偏差量，增加矫正区。

矫正完成后对矫正部位进行超声波/磁粉探伤。

4.2 椭圆度尺寸控制

以我公司已完工的云南大理天峰山龙泉项目为例，顶法兰椭圆度为小于或等于1mm，其余段塔筒小于或等于2mm。

椭圆度检测方法为：塔筒在匀速转动过程中，对法兰进行孔心距测量。

4.2.1 法兰椭圆度尺寸偏差解决办法

1）法兰椭圆度超差后，采用千斤顶配合顶杠顶圆的方式，顶圆时注意对法兰内侧进行垫层保护，避免出现压痕。

2）如焊接应力过大，用上述方式不能达到目的，我公司采用火焰矫正方式去除应力的办法，用氧乙炔火焰（温度在540℃～600℃之间）对法兰内侧进行加热，部位为法兰直径超大位置，注意控制加热温度，并在热矫后进行超声波/磁粉检测。

5.结语

通过生产实践证明，火焰矫正因其简单方便、可靠等优点，广泛应用于风力发电塔架生产过程中。在对矫正后的变形偏差检验过程中，其矫正合格率在95%以上。但是，不恰当的矫正方法产生的内应力与焊接内应力叠加会使总应力超过材料的许用应力，从而降低塔架的安全系数。因此，在生产制造过程中，使用火焰矫正方法须注意以下几点：

1） 根据塔架尺寸偏差位置及偏差量，分析产生尺寸偏差的原因，选择合适的矫正方法和矫正位置，若偏差量较大，采用火焰矫正无法满足矫正量需求，则应采取其它措施（更换塔架钢板、法兰等），不得强行矫正;

2） 在矫正塔架同轴度、平行度等项目时，必须在筒壁的内外侧同时进行，且加热的移动速度应基本保持一致;

3） 加热或选择空冷，不得进行强制水冷。

4） 合理控制加热温度，最高温度不得超过650℃。