风电塔筒的焊接

■ 齐 伟，王海东，沈 忠，王 星

1. 概述

华能怀宁龙池（远景2.2MW）风电塔筒项目为我公司首次承接的大型钢结构项目，由中车同力供料并技术指导。筒体为钢板卷制焊接，存在大量环、纵焊缝，筒体与联接法兰间为环型焊缝，以上焊缝全部采用埋弧焊，焊接质量要求相当高。由于法兰口径比较大，直径达4350mm，焊接要求高，一旦焊接工艺不当，法兰平面外倾超过0°，内倾间隙超过50丝，就会导致法兰报废。为确保平面度可控，从筒体的焊接接开始，就必须有严格的控制程序。

该系列产品，总计二十台塔筒。每台塔筒又分上、中上、中下、下四段，每段由8～10节对接组成（见图1），单节由Q345D低合金钢卷圆焊接（见图2）。

每段筒体纵横拼接全部完成后，和法兰以工装设备自动滚动进行埋弧焊环型焊接（见图3）。法兰为2940mm/4300mm两种口径，材质为S355N—Z35合金钢。筒体相关所有焊缝，焊接质量要求很高，焊后须经UT/RT检测合格。该项目的焊后无损检测（见图4）全部由第三方专业检测公司负责。

整个项目最关键的工序，就是法兰平面度的控制，而法兰的焊接就显得尤为重要。

单台四段筒体完成后，与法兰连接，并安装小部件、油漆。经检测合格后，陆续装车出厂（见图5）。

图1 单段环缝拼接

图2 钢板卷圆单节纵缝对接

图3 筒节与法兰焊前装配

图5 单台主体结构制作完成

2. 焊前准备

加强下料和回圆精度的控制，尽量减少强制装配，焊前先磨平强制装配产生的码脚。当焊丝或者焊剂更换牌号或者品牌时需要重新进行工艺评定试验。

（1）焊材选用 根据技术规范，所有焊材为-40℃试验温度要求，包括埋弧焊丝H10Mn2、焊剂F5A2—H10Mn2，以及辅助用的CO2实芯焊丝ER50—6。所有焊材使用前，必须以批次为单位进行严格复验，并提交监理试验报告。

（2）坡口清理 用砂轮打磨坡口及附近塔体的表面锈迹，氧化皮等直至表面见金属光泽，坡口区域打磨不能过度磨伤母材。

（3）定位焊 埋弧定位焊一律采用实芯焊丝；纵缝两头装上引弧板、引出板（尺寸为100mm×120mm，与母材等厚等材料），焊接运丝均匀，收尾处适当停顿，注意与定位焊的衔接；每段定位焊的长度应≥50mm， 定位焊间距应在300mm 以内，定位应该在筒体外侧。

（4）焊前预热 焊接环境温度应＞0℃（低于0℃时，应在施焊处100mm范围内加热到15～50℃)。任意厚度的钢板焊前必须保证坡口及附近塔体干燥，所有板厚＞30mm的钢板要求焊前预热，预热温度80～100℃。

3. 筒体焊接要点

筒体的纵横对接缝，外侧先用实芯焊丝半自动焊封底，然后内侧采用埋弧焊，最后外侧碳弧气刨后使用埋弧焊焊接。

（1）外侧封底焊 视焊缝间隙的情况进行轻微的摆动，原则上拉直线的焊道为佳，较好的焊缝应该是宽度适中，高度均匀，无气孔、焊瘤、断丝、接头未接上现象，焊缝呈减弱过渡到两侧；当间隙偏大时，应加大焊缝余高，预防焊穿。

（2）内侧埋弧焊 焊接时焊丝轴心应该正对坡口的中心，内部焊接首道时应该在保证不烧穿的前提下尽可能用较大的参数，这里可以通过观察外部打底层的发红程度来判断，原则发亮红之前的焊接参数最佳，超过则可能焊穿；盖面时尽可能使用小参数相对低的速度焊接，以保证焊缝的成形美观，同时也必须随时关注焊缝的余高，可适当的加大电压以获得平滑的焊缝，以免不必要的打磨。30mm 以上的厚板打底焊后必须保证立即连续工作，一旦停顿时间过长会导致整圈裂纹的额外危险。

（3）外侧埋弧焊 外部埋弧焊焊接前，先碳弧气刨清除打底焊，原则上焊缝的宽度应大于焊缝的深度，再者观察是否是法兰与筒体连接的焊缝，如果是前者就必须用碳刨将坡口刨开一定的宽度，若是后者则必须用碳弧气刨加深加宽焊缝，这些都并非清根处理，碳弧气刨后必须进行打磨。焊接时在不超过热输入的情况下可以采用较大的电流以保证焊透，外侧焊缝一般为单道打底焊，盖面时尽可能使用合理的焊接参数以保证焊缝的成形美观。

（4）焊接熔深的估算 I型焊缝，熔深≈1mm/100A；Y型焊缝，熔深≈0.7mm/100A。

（5）焊接顺序 先内侧焊缝后外侧焊缝，对于32mm 以上X形坡口的板，为了防止单侧角变形过大，焊接时内外可进行交替施焊。

（6）其他注意要点 焊接工作不允许伤害筒体，以及在筒体的任何部位进行引弧，更不允许在筒体的任意部位焊接把手或接地线部件等。各焊层/道首尾焊缝应重叠≥100mm，各焊层/道接头应相互错开≥250mm。对于环焊缝，焊缝必须重叠，任何情况下，在开始和结束区域的焊缝余高不得超过3mm。纵焊缝焊接时在开始和结束处必须使用引弧板和引出板。相邻筒节的纵焊缝应相错180°±5°，受结构限制最小不得低于90°。

4. 筒体与法兰的焊接

装配间隙应为0～1mm，当间隙＞1mm时必须进行堆焊处理以减小间隙，但左右不得相连。焊接顺序如图6所示。

根据远景设计规范要求，法兰焊后检测标准为：法兰平面不得外倾，内倾平面度允许极限0.5mm。因此设计不对称X形坡口时，首先焊接内侧，填充到一定程度后到外侧碳弧气刨清根进行填充焊接，然后回到内侧完成内侧焊缝焊接，最后完成外侧焊缝焊接。如此交叉焊接可以最大限度的对称焊接，达到减小焊接变形的目的。焊接参数严格按表1、表2执行。

5. 焊后检测

（1）自检 为保证成形，原则上盖面焊宽控制在坡口宽加2～3mm。

（2）修磨 砂轮打磨余高＞3mm 的部分焊缝表面。

（3）无损检测 根据无损检测图及《NB/T 40713—2015承压设备无损检测》标准进行无损检测。

（4）平面度检测 焊后使用激光对中仪测量法兰平面度，如超出标准则应立即展开调查是何环节出现的问题，进而整改，避免再次出现问题。

图6 焊接顺序

表1 GMAW焊接参数

表2 SAW焊接参数

6. 结语

工艺人员将焊接质量当作基本点，为减少返工带来的焊接变形，明确工艺要点，确保了该处焊缝质量一次合格率达到98%以上。另外，把控制法兰平面度变形当做关键点，改变传统焊接模式，严格控制装配间隙，采用X不对称坡口，控制焊接参数和正反交叉焊接顺序，实时测量法兰焊接过程中的变形，掌握变形规律，最终使法兰平面度内倾间隙控制在40丝以内。

该项目的顺利完成，为公司积累了宝贵经验，为今后承接其他钢结构项目夯实了坚固的基础。