风力发电机组塔筒法兰焊接方法研究
风电塔筒内部结构2000KW塔筒顶法兰平面度加工方法探讨
风电塔筒内部结构2000KW塔筒顶法兰平面度加工方法探讨摘要：针对大唐三门峡清源风电场许继单机2000KW/8On风电塔筒顶法兰装焊后平面度要求较高、难于保证这一生产难题，作者分别采用二种不同的加工方法认真进行对比、分析，并设计出的专用定位工装。
最终采用顶部法兰与相邻三节筒节装配焊接后，用专用定位工装，在数控落地铣镗床上焊后加工顶法兰端面，再将加工过的组件与塔架上段塔筒其余各段总装，较好地解决了这一制约生产的技术难题。
关键词：顶法兰；平面度；焊接变形：TG113.26+3：A1 问题的提出1.1 前言由于风电塔筒上段顶部法兰总装时与风机机舱推力轴承相连接，所以对其装焊形位公差控制要求相当严格。
我公司承制的许继2000KW/80n风电塔筒顶部法兰总装后图纸要求法兰平面度不大于0.35mm表面光洁度为5级。
远高于东汽风电塔筒对法兰焊后平面度0.6mm的要求。
1.2 保证顶部法兰要求平面度0.6m m以内的上段塔筒传统的加工工艺为保证风电塔架上段塔筒顶部法兰的焊后平面度，对于顶部法兰要求平面度0.6mm以内的上段塔筒，我们通常采用如下的加工工艺。
我们在塔架上段塔筒上、下法兰整体辗制成型后机加工时预留适当的法兰内倾反变形量。
塔架上段塔筒厂内装焊时，采用先将上、下法兰与与之相邻的筒节在平台上竖装，将焊缝间隙调整均匀，点焊定位加固成组件；再将上段其余筒节按排板图也装配成组件，定位加固；最后将二法兰组件与筒节组件总装。
检验合格后，制定严密、科学的焊接方法、焊接规范及合理的焊接顺序，然后认真施焊，从而尽可能地减小焊接变形。
如果采用我们传统的加工方法，将难以保证许继塔筒顶部法兰焊后平面度要求，生产将不能正常进行，进而影响产品的正常交货周期。
2 改进方法探讨图1 上段组成示意图顶部法兰机加工时在法兰端面予留5mm厚度余量作为焊后加工余量。
结合我公司设备现状，我们制订了二种加工方案：2.1 方案一顶部法兰与筒节T1 装焊后，用6.5m 立车加工法兰端面。
风电塔筒法兰平面度与焊缝质量控制的研究
风电塔筒法兰平面度与焊缝质量控制的研究风电塔架是风力发电机的一个关键支撑部位，塔架有衍架式与圆锥筒体式。
目前最多的就是后面一种，就是由数段锥形筒体，依靠法兰连接成一个高度60米到90米之间的锥形圆筒状结构。
每段的筒体又是由不同厚度的钢板，卷制成筒节，通过焊缝对接组成。
由于塔筒是几段筒体通过焊接的法兰无缝结合的。
且风电塔筒所承受的主要作用力有：风力作用在叶片上的推力、扭矩、弯矩，舵机的压力、弯矩，内部电机的振动摆力，以及自身的重力。
这些力通过焊缝与法兰上的高压连接螺栓承受传递。
如果法兰平面度差，高强度的螺栓就无法拧紧。
这就不单是质量问题也会带来安全隐患。
这说明如何控制法兰平面度是风电塔筒制作重点要解决的。
1、法兰平面的质量要求在制作风电塔筒中，法兰的平面度要求对不同位置的法兰它是不同的。
根据设计的图纸，每段塔筒焊接后，法兰平面度的值要小于等于2mm。
但是对于上段的与风机舵机座相连的顶法兰面它的平面度值要小于等于0.35mm。
而且对于所有的焊后的法兰不允许有外翻现象的出现，只允许内倾值在0~1.5mm。
2、法兰焊后变形的原因分析风电塔筒是由每块钢板卷筒，组对焊接而成。
每个筒节就类似一个圆台，它是由开好坡口后的钢板卷制而成。
塔筒就是通过内外环焊接，从大圆台到小圆台这样焊接而成。
每段开头结尾与法兰焊接，分为内环焊接与外环焊接。
当焊接内环时，热变形就产生法兰内环往下的拉力，这样就产生内倾现象（本身采购的法兰有一定内倾）。
焊接外环时同样的原理就会把法兰外环往下拉出现外翻情况。
因此内环焊与外环焊的焊道数与顺序影响到法兰的外翻与内倾及其大小。
筒节与法兰对接端面不平整，气刨焊焊缝不平齐，法兰焊接过程中就会有“波浪变形”，造成焊后法兰平面度差。
3、控制法兰变形的方法3.1法兰焊接顺序焊缝的焊接坡口是V型的，要防止法兰焊后内侧外翻，就需要有合理的焊接顺序。
即内外焊缝交替进行，首先内环焊焊2道，然后外部用二氧化碳气刨焊清根，，再埋弧焊焊接外部完毕，最后再焊接内部环焊。
风电塔筒法兰焊接方法研究
工 业 技 术２０１４年０３（上）ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＰＩＯＮＥＥＲＳ92科技创业家 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＰＩＯＮＥＥＲＳ引言在社会经济高速发展的背景下，能源紧缺问题与生态环境问题日益突出，开发清洁可再生能源成为了时代发展的现实要求。
风能资源清洁、可再生，进行风力发电，可以有效保护环境，且经济效益较好，基础建设周期较短，投资较低，占地面积较少，且风力发电技术较为成熟，自动控制水平较高，风力发电产业未来发展前景十分广阔。
并网型风力发电机组一般设计使用寿命为２０年，塔架高度设计在４０ｍ以上，而塔架顶部机舱其重量则达几十吨。
随着风力发电机组单台设计容量增加，其塔架高度也越来越高，为保障风力发电安全性，对塔架设计与制作提出了更高要求。
管塔式塔架结构紧凑，安全可靠性较好，便于维护，在应用中较为广泛。
本文以管塔式塔架为例，对风电塔筒法兰焊接工艺进行研究。
1 工程概况我公司承接了３３套１．５ＭＷ风电塔架制造任务，塔架设计为锥形管塔式结构，按照设计，风电塔架塔筒高度为６２．８ｍ，共有三段组成，塔架段与段之间通过法兰进行连接，塔架外形结构如（图１）所示：该塔筒为圆锥形塔筒结构，塔筒底部直径最大为４．２ｍ，顶部直径最小值为２．５８３ｍ，筒体板厚最大为３４ｍｍ，最小为１０ｍｍ，整体结构重量为９３．１ｔ。
塔筒筒体采取的是Ｑ３４５Ｃ，法兰材质为Ｑ３４５Ｅ－Ｚ２５。
在进行塔筒生产中，如何控制法兰与筒体焊接后角变形是个重要问题。
按照制造要求，法兰与筒体焊接后角变形要求如（图２）所示：风电塔筒法兰与筒体焊接后角变形要求具体为：在完成筒体与法兰焊接后，下法兰角变形内倾应控制在０－２ｍｍ范围内，中法兰角变形内倾应控制在０－１ｍｍ范围内，上法兰角变形内倾应控制在０－０．８ｍｍ范围内。
在焊接作业中，能否实现法兰与筒体焊接作业后其角变形在允许范围内直接影响着风电塔筒生产质量与生产进度，属于十分关键的技术问题。
2 风电塔筒法兰焊接工艺在风电塔筒焊接作业中，为保证筒体与法兰焊接作业能够满足角变形要求，并且加快筒体组装速度，决定采取将单个法兰与筒体对接点焊之后进行焊接组成一体的方式。
浅谈风力发电塔筒法兰平面度控制工艺
浅谈风力发电塔筒法兰平面度控制工艺摘要：风力发电塔架是风力发电机的一个关键支撑部件，它是由数段圆锥筒体依靠连接法兰组成一个锥形圆筒状结构。
由于每段塔架是由滚制筒体和连接法兰焊接而成，如何控制塔架两端连接法兰焊接后的平面度是塔架制作的关键。
本文分析了风力发电塔筒法兰平面度控制工艺。
关键词：风力发电塔筒；法兰平面度；控制工艺；塔筒作为风力发电机组的重要设备之一，其制作精度要求比较严格。
制造厂家在生产时认为其制造技术较为简单，未能引起足够的重视。
一、概述风能作为一种不产生任何污染的可再生能源，在自然界蕴量巨大。
开发风能占地少，投资期短，近年来在世界各地得到了迅猛发展。
塔架是风力发电机组的主要支撑部件，承受载荷包括风载荷、机组自重及由机组重心偏移引起的偏心力矩等。
其结构多为圆锥台形的钢制焊接圆筒，高度一般在50~100m之间，底部直径3~5米，顶部直径2~3米，筒体板厚不等,多在10~40mm变化，材质均为Q345级，多建在偏远风多的丘陵及沿海地带。
受运输和吊装的限制通常分段制作，段与段之间通过法兰采用高强螺栓连接。
由于塔架受力复杂，法兰的平面度直接影响法兰的结合程度和预紧状态，良好的结合才能更好的传递上部的力到基础，因而对法兰的平面度作出比较严格的要求。
二、风力发电塔筒法兰平面度控制工艺1.在下料过程中控制塔筒节扇形钢板的弦长、弦高、对角线偏差。
全部料坯下料前应对外形尺寸进行检查，完全合格后，进行批量下料。
每段塔筒中间节应预留焊接收缩余量，一般预留2-3毫米，与法兰连接的筒节在钢板下料时应预留修正余量，一般预留5-10毫米。
筒节卷制、组对、焊接过程控制其圆度。
一是在筒节卷制过程中，按照滚压线进行卷制，在这个过程中要注意对板面及卷板机上下辊进行清理，以防氧化铁等杂物对板材造成压伤；对接完成后，要用角缘磨光机对焊道及坡口两侧30mm内进行打磨处理，要求去除铁锈及氧化皮，露出金属光泽，然后实施打底焊，焊缝应均匀、规整，焊后对焊接飞溅等及时进行清理。
风电塔筒法兰焊接方法探究
风电塔筒法兰焊接方法探究摘要：作为风力发电重要的基础设施，塔筒在实际的应用中发挥着至关重要的作用，对相关生产活动的持续进行带来了可靠的保障作用。
运用法兰焊接工艺完成相关的焊接操作时，由于不确定因素的存在，很容易造成风电筒法兰变形现象的出现，影响塔架组装的效果。
因此，为了增强风电塔筒的焊接质量，减少法兰变形造成的影响，需要对相关的措施进行深入地分析。
关键词：风电塔筒；法兰焊接措施；法兰变形；焊接质量；发电机1.风电塔筒制造工程中法兰焊接的相关操作方式为了完成塔筒组装的任务，需要对法兰及筒体进行必要的焊接操作。
由于风电塔筒焊接过程中主要采用焊接工艺，焊接操作中可能会出现法兰变形问题，需要技术人员对于相关的行业参考标准有着深入地了解，增强焊接技术的适用性。
塔筒法兰焊接操作的过程中，技术人员主要遵循的原则是由零到整，增强不同结构部件之间的粘结性。
由零到整的顺序主要是指先将塔筒简单的法兰结构及对应塔架上的焊接流程完成，然后再进行复杂的内部结构焊接。
这样的焊接顺序不仅增强了焊缝质量，也减少了相关资源的消耗量，增强了法兰焊接技术的适用性。
常用的法兰焊接工序主要包括：（1）确定具体的焊接位置，对塔筒内部的部分先进行焊接，进而对塔筒外部结构进行清根处理，留下一定的坡口。
一般情况下，这种坡口是V型坡口，使用火焰切割进行坡口的制作；（2）当完成塔筒内部结构的焊接后，需要对塔筒外部结构进行合理地焊接。
相对而言，塔筒法兰焊接工艺外部的焊接对于塔架的安全性能要求较多，主要是因为整个结构的体积较大，塔架的抗压能力必须保持在合理的范围内，可以承担超重的结构负荷。
同时，焊接缝的质量应该符合设计方案的具体要求，主要是指它的强度和韧性方面；（3）当所有的焊接工序完成后，需要对有关基础焊接工序相关的消氢工序温度进行有效地控制，最大的温度不应超过350摄氏度，平均温度控制在280摄氏度左右。
同时，为了确保相关技术实际使用的作用效果，消氢的时间也需要保持在合理的范围内：大约为120分钟左右。
风电塔筒焊接技术浅谈
风电塔筒焊接技术浅谈一、概述望云山风电塔筒是圆锥筒式焊接结构件，风力发电机组选用XE105机型。
其风机塔筒地面四段总高度为77.5米，整体由顶、中一段、中二段、底段、基础段及配套的附件组成。
五段之间采用新型的反向平衡法兰联接，基础采用预应力锚栓组合件。
每段由顶、底反向平衡法兰及多节管节组成，塔筒管节和反向平衡法兰材料为Q345E。
外径由底部φ4400mm渐变到顶部φ2686mm。
二、焊接工艺（一）焊材及焊接参数产品正式焊接前按JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》进行焊接工艺评，塔筒的焊接准备采用埋弧焊、气保焊、手工焊，焊材分别选用：H08MA （HJ431）、ER50-6、J507。
具体焊接规范如下：1）Φ1.2焊丝：110A-220A，20V-30V；2）Φ4.0焊丝：300A-600A，30V-40V3）Φ4.0焊条：110A-180A，20V-30V；（二）焊接技术1、筒体纵缝焊接筒体纵缝焊接前装好引熄弧板，并应仔细检查坡口直线度、平面度、坡口角度和清洁度，要求单节筒体直线度小于2MM，平面度小于2MM，检查合格后采用埋弧自动焊接焊，首先采用气体保护焊焊接背缝，然后用自动埋弧焊焊接主缝，完成后背缝清根焊接。
筒体纵缝焊接完成后进行回圆矫正。
2、筒节与法兰环缝焊接要求先焊内坡口，外部坡口清根后再焊外坡口。
焊接方法与相关要求筒节纵缝焊接基本相同。
法兰与筒体的焊接必须在筒节环缝组焊前进行，焊接时必须将法兰预热到100℃。
所有法兰要求按下图将相邻两法兰组合，法兰间用工艺螺栓把紧，法兰内圆采用米字型支撑使法兰椭圆度满足本技术协议要求。
在焊接过程中，要随时检查螺栓的紧固情况，如有松动应把紧后再施焊。
对于顶部法兰，单台无法进行相邻两法兰组对，但必须按上图要求增加米字型拉筋两处，一处位于法兰内圆，另一处位于顶部筒节内圆，要求将法兰和筒节的椭圆度尽量减小，筒节椭圆度小于3MM，法兰椭圆度小于2MM。
有关风电塔筒法兰焊接措施的分析
１ 塔筒 制造 工程 中法兰焊接的操作方式
在进行焊 接操作时 ， 为 了将 塔 筒 和 法 兰焊 的变形情况控制在设计规 范内 ， 通 常 技 术 人 员都 会 采 用 从 零 到 整 的 焊 接 顺 序 ， 先 把 单 体 法 兰 和塔 架上 的 环 焊 缝 把 和焊 接 完成 ， 然 后 再焊 接 塔 筒 内部 焊缝 。 通 常 法 兰 焊接 要经历三道工序 ， 第 一 个 工 序 是 焊 接 塔筒的 内围， 并 通 过 碳 弧 气 刨 对 塔 筒 外部 进行清根并做 出直角坡 Ｅ ｌ 。 使 用 砂 轮 工具 打 磨直 角坡 １ ７ １ 。 第二、 第 三 道 工序 都 在 塔 架 的 外 部 实施 。 为 了 使 塔 架 能 够 承 担 沉 重 的 载荷 ， 法 兰 焊 接 的 缝 隙 必 须 有 足 够 的 强 度 与 韧性 。 在 结 束 焊接 工序 后 ， 主要 针 对 基 础 环下法兰后钢板 的焊接 。 消 氢 工 序 的 温 度 应 控 制 在２ ０ ０ ～３ ５ ０℃之 间 ， 每次 消氢 必 须 持续ｌ ２ ０ ａｉ ｒ ｎ ［ ２ ｌ 。 总之 ， 在对 法 兰和 塔 架 进行 焊 合 拼 接时 ， 必 须 控 制 好 焊 接 施 工 涉 及 的 各项 参数 ， 这样才能保障风 电塔的建设 质 量。 表１ 为法兰焊接施工的详细参数设置 。
很 有可能会造成 法兰变形情 况。 为 了提 高塔 筒焊接施工 的质量， 使风 电替 在建成 后能够安全 ， 平稳地运行 ， 该文对 法兰焊接 的优化方式进 行 了深 入 分 析 。 关键词 ： 风 电替 法兰焊接 优化措施 中图分 类 号 ： Ｔ Ｇ ４ ５ ７ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ ２ － ３ ７ ９ １ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ （ ｃ ） － ０ １ ０ ２ － ０ ２
风电塔筒法兰焊接变形控制的工艺措施
风力发电塔架是风力发电设备的关键支撑部件，是连接风机的重要部件，它承受了风力作用在叶片上的推力、扭矩、弯矩、陀螺力矩、电机的震动及受力变化时的摆动。
它由３、４段直筒或圆锥筒通过高强螺栓将两端的法兰连接在一起组成一台塔架。
因此法兰的平面度、角变形和椭圆度的好坏将直接影响到风机的运行，影响风机设备的寿命。
法兰是成品锻件，从法兰厂出厂时已经做好正火和回火处理，因此如何控制好该三个指标，避免通过火焰矫形来控制平面度、内倾、椭圆度显得很有实际意义。
1塔筒焊接后法兰的质量要求塔筒成段后法兰平面度要求顶法兰０．８ｍｍ，其余法兰１．５￣２．０ｍｍ（根据风机厂要求有所不同）；法兰椭圆度为３ｍｍ；法兰内翻顶法兰０￣－０．５ｍｍ；其余法兰０￣－１．５ｍｍ。
2法兰与筒体焊接变形分析目前各风机厂采用的主体材料基本上为Ｑ３４５系列的低合金钢，法兰为Ｑ３４５Ｅ－Ｚ２５材料，要求碳当量小于０．４５％。
其焊接性较好。
法兰与筒节相焊后，圆筒环焊缝所引起的纵向残余应力σｘ取决于圆筒直径、厚度和焊接压缩塑性变形区的宽度，应力峰值随着圆筒直径的增大和板厚的减小而增大；而横向应力σｙ直接原因来自焊缝冷却的横向收缩；对厚板焊接接头中除有纵向和横向残余应力外，在厚度方向上还有较大的残余应力σｚ。
在上层或接近上层的多层焊缝中，存在较大的拉应力，见图１。
焊接变形分为加热阶段的变形和冷却阶段的变形。
在加热阶段，焊缝及近缝区温度很高，材料的自由热变形量为α１Ｔ，其值较大；而远离焊缝区域温度低，其α１Ｔ较小，焊缝区的自由热膨胀变形将受邻近低温区所约束而被压缩，使焊缝两侧较远区产生拉应力。
在冷却阶段，当焊缝冷却到室温时，由于焊缝附近残留一个压缩塑性变形区，产生回弹，成为剩余焊接变形，产生剩余应力，焊缝区被限制收缩而成为剩余拉力，焊缝两侧以远则为压应力。
3控制变形采取的工艺措施３．１采用反变形法根据风机厂的要求及图纸，在法兰加工时，将法兰加工成内倾。
内倾量要根据与法兰相连接的板厚而确定。
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风力发电机组塔筒法兰焊接方法研究
摘要风力发电塔筒法兰的外形尺寸较大，传统的整体法兰制作方法存在制作周期长、材料利用率低、锻造和加工成本高的特点。
现指出拼焊法兰的分析研究，收到了很好地效果。
关键词：拼焊法兰焊接工艺变形
前言
风电作为一种可再生能源，具有占地少、投资少、周期短、经济效益好等特点，根据累计市场份额和国家能源分析，风电是今后电力发展的主导方向，随着今年日本地震核泄露，三峡节流生态破坏，风电作为清洁能源从新被提上了一个高度，从整个行业角度，风电行业的发展，空间巨大。
从整体情况上看，风电在中国一直在以超乎业内人士预料的速度发展，在经济快速增长和电力需求增加的大背景下，风电在中国的迅猛发展是必然结果。
风电产业的迅速崛起在中国应对能源结构多样化、环境保护和节能减排挑战等问题上都能发挥极大作用。
因此，我们认为中国仍将是未来全球风电市场的生力军。
认为风电作为目前最为成熟的新能源产业，未来的发展会保持高速增长。
目前国内外已安装的风力发电机组大多采用的是钢制塔筒。
总高60米左右，一般分3-4节，每节之间用法兰进行连接，重量普通的在100T 左右，一现有风电发展模式一直在向大机型方向发展，塔筒的厚度、重量也在不断的增大，为保证塔筒节与节之间能够稳定连接，对连接法兰提出了较高的要求，除了在加工过程中对法兰进行尺寸控制外，还需要确保法兰的各项力学性能达到相关的标准要求。
本文就法兰焊接技术的应用作一介绍。
塔筒法兰焊接工艺
为了保证法兰与筒体焊接后的角变形符合要求，采用单个法兰、筒体对接电焊后组成一体的焊接方法，下图为对接示意图。
焊缝结构示意图
采用埋弧自动焊,直流反接,焊丝牌号为H10Mn2,焊丝直径为Φ4,焊剂为SJ101,焊机采用MZ9 -1250自动弧焊机配以ZD5 - 1250型弧焊整流器. 第一层先焊开坡口侧即外侧,背面即内侧用碳弧气刨清根,挑成U型坡口,清根完成后用砂轮和角向磨光机打磨坡口及两侧20mm宽范围至见金属光泽,以清除氧化物和碳化物,防止出现夹渣、裂纹等缺陷,在内侧焊第二层和第三层. 因为塔筒承受的载荷部分为疲劳载荷,要求焊缝具有较高冲击韧性,故焊后需立即进行消氢处理,加热温度为200℃～350℃,保温2h左右. 焊接工艺参数见表1. 利用焊接顺序、坡口大小和焊接线能量三者来控制焊接应力,从而控制法兰焊后的角变形. 法兰焊接完成后对焊缝进行外观检测,合格后进行100%超声检测. 最后检查法兰角变形
量,不符合要求时,采用火焰加热的方法整形,以保证法兰内倾0～1. 5mm的角变形要求.
3 存在问题
(1)由于先焊法兰外侧，而内侧又用碳弧气刨清根，使得清根和清根后的坡口打磨极不方便，增加了焊工的劳动强度，影响工期。
(2)背面清根和坡口打磨操作的不便，往往造成清根后坡口不规矩和坡口打磨不干净，在焊接时极易在焊缝内产生气孔、夹渣等焊接缺陷，影响产品质量。
(3)法兰角变形由背面焊缝的焊接应力产生．即由焊接工艺参数来控制，这样容易出现法兰角变形不一致、超差等质量问题
4 焊接工艺改进
针对传统制造方法存在的问题，采取配对法兰、简体的制造方法。
法兰与筒体开内坡口，接头形式如图2所示。
产进度，又能保证产品质量。
具体操作为：先将法兰和简体采用螺栓螺母连接在一起．在2个法兰之间均匀垫上2mm厚的铁片，只垫在螺栓内侧，如图3所示。
图2 接头组对形式图3法兰连接图
焊接时，先焊内侧，然后在外侧清根后焊接．这样清根打磨非常方便，避免了传统方法清根、打磨不便的缺点。
内侧焊第1层，外侧清根后焊第2，3层。
具体的焊接工艺参数仍见表1。
焊接完成后，采用氧乙炔火焰同时加热2个法兰焊缝内侧．加热温度为
160～200℃，使法兰产生变形，直至2个法兰外侧间隙消除。
待冷却后拆开，经检测，法兰角变形量均符合标准要求。
注意加热时两侧的加热速度和火焰温度应保持一致，以避免法兰变形不对称。
5 结论
(1)通过改进风电塔筒与法兰的焊接工艺，不仅保证了法兰的角变形量，而且工艺执行方便、可靠，提高了施工效率，焊缝返修率低，无论是焊缝外观还是内在质量都较好，获得了用户的好评
(2)安排焊接工艺时，应充分考虑产品实际情况和现场条件，尽量使工艺简洁、实用，工艺要有良好的可操作性，这样才能保证产品质量和工期。
生产实践证明该工艺可在风电塔筒的生产中广泛应用。
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