风电塔筒制造工艺对法兰平面内倾度的影响研究

【摘 要】本文基于生产实践操作，对风电塔筒的焊后法兰平面内倾度进行了研究。考察了在不同种板材坡口的条件下，不同的焊接方式及焊接顺序对法兰的影响。阐述了不同的拼装方法，焊接方法及不同的坡口形式对焊后法兰的变形控制。通过对埋弧焊焊接法兰的焊接先后次序，焊接电流电压等焊接环境的研究，得到了不同板厚及不同的坡口形式的最佳焊接方法，使得焊后法兰的平面内倾度得到了有效保证。

【关键词】法兰 焊接方法 坡口形式 平面度 内倾度

一、引言

风电塔筒法兰是风电塔筒的关键连接件、支撑件和受力件，是风力发电设备的重要部件，对生产制造及安装都有很严格的要求，比如在安装时的法兰平面度、内倾度就对风电塔筒的寿命有很大的影响。而对法兰的这些高要求主要原因是法兰要在野外可靠使用20年以上，经受各种极恶劣天气和复杂的风力交变载荷，长期在50～80m 高处承受着拉伸、弯曲及剪切等作用力，因此，法兰焊接在风电塔筒制造过程中是一个非常重要的环节。本文主要探讨了常见的锻造法兰在风电塔筒制造过程中的焊接方法。

二、塔筒法兰技术要求简述

现今风电塔筒的法兰一般仍为锻造法兰（反向平衡法兰焊后变形小，在此暂不做讨论），锻造法兰在塔筒厂家制造完后的一般的技术要求为：塔筒顶部法兰平面度要求0～0.5mm以内，其他部位法兰平面度要求0～1.5mm以内；顶部法兰内倾度要求0～0.5mm以内，其他部位法兰内倾度要求0～1.5mm以内；不允许法兰有外翻现象。

以上要求即是为了在塔筒安装的过程中，使两法兰对接后，法兰之间的间隙足够小，以达到整个塔筒的稳定性。

三、塔筒法兰对接坡口形式

法兰的对接坡口在控制法兰焊后变形起到很重要的环节。在法兰的对接坡口设计上，一般有对称双面坡口，不对称双面坡口，单面坡口等几种坡口形式。在实际的生产中，我们发现，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。因此，在实际的生产中，对于颈厚≤30mm的法兰，坡口设计为单面坡口比较合适，对于颈厚>30mm的法兰，坡口设计为内部大坡口，外部小坡口的双面不对称坡口比较合适。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。

四、塔筒法兰与管节拼装

为了保证法兰焊后的平面度，我们采用的是先将单个法兰与筒体进行拼装焊接，最后再将法兰节与其他管节进行环缝焊接的形式。

在法兰与管节的拼装过程中，有一下几点需注意：

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）；

拼装时将管节的管口撑圆，外边平齐后在外侧点焊固定；

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；

在拼装进人门管节与法兰时，由于焊接进人门后会收缩，需在在进人门方位预留2mm法兰与管节之间的拼装间隙，以抵消进人门焊后的收缩余量。

以上方法使得法兰平面度在焊后一般控制到了0～2mm之内，焊后少量的火焰校正即可达到设计要求。

五、塔筒法兰与管节的焊接

法兰的焊接，对焊后法兰的变形量起着至关重要的作用，在实际操作中，我们总结出一套法兰焊接方法如下：

采用CO2气体保护焊在外壁进行打底，埋弧焊进行填充盖面进行焊接，焊丝采用ER50-6，焊丝直径Ф1.2mm，焊接电流220～250A，电压28～30V，气体流量15～20L/min；

焊接采用埋弧自动焊，焊丝为H10Mn2，焊丝直径Ф4mm，焊剂为SJ101，焊接能量≤40KJ/cm；

焊接过程中控制层间温度≤250℃，控制每层厚度不大于5mm，焊接电流电压如下表所示：

焊接顺序：先焊塔筒内壁的内部坡口，外壁坡口清根后，再焊接外壁坡口；如碰到法兰颈厚>30mm的内大外小双面坡口时，可以先焊接内部坡口，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。

以上焊接方法对焊后的法兰变形得到了有效的控制，使得焊后火焰校正法兰的工作量大大减少。

六、结论

（一）通过对风电塔筒制造工艺的改进，不仅保证了法兰的焊后变形量，而且工艺执行起来方便、可靠，提高了施工效率，也减少了焊后的火焰校正，焊缝返修率也一定程度上的有所降低，从而减少了经济损失，为企业创造出了更多的效益。

（二）塔筒制造工艺的设计时，还应考虑塔筒图纸设计的具体情况和现有的生产条件，尽量使得工艺具有可行性和可操作性，这样才能使得该制造工艺在企业的生产过程中被良好的应用。

参考文献：

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第2卷）.机械工业出版社，2001

[2]于太安、武志勤、耿俊峰.风电塔筒法兰焊接方法研究.河北建筑工程学院学报第26卷第1期.2008.3

[3]张永军.风电塔筒法兰外翻变形的控制工艺.中国制造业信息化第39卷第17期.2010.9

作者简介：

张汉生（1975.2--），男，葛洲坝集团机电建设有限公司，中级工程师，目前主要从事风电塔筒的制作。