楊朝猛

江蘇神山風電設備制造有限公司 江蘇阜寧 224400

1 序言

風力發(fā)電是清潔能源，沒有其他常規(guī)能源（比如煤電、核電等）會照成的環(huán)境污染問題；能夠有效減少碳、硫等溫室效應氣體的排放[1]。在常規(guī)能源告急和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下，風力發(fā)電有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。風力發(fā)電塔筒是整個風力發(fā)電系統(tǒng)的基礎部件之一[2]；托起整個風力發(fā)電機組和葉片；同時也吸收發(fā)電機組的振動。目前，風力發(fā)電塔筒一般由4～6段組成；每段塔筒上下端有法蘭，風場現(xiàn)場由高強度螺栓通過法蘭將各塔段聯(lián)接起來。塔筒法蘭的焊后平面度直接影響塔筒吊裝后的受力狀況。因此，塔筒法蘭的焊后平面度是塔筒生產(chǎn)過程中質量控制的關鍵指標之一。

2 塔筒法蘭焊后平面度的控制

2.1 塔筒法蘭焊前平面度的控制

目前塔筒法蘭均為整體鍛造后再機加工的產(chǎn)品。根據(jù)塔筒加工技術規(guī)范的要求，法蘭生產(chǎn)廠家能夠通過機加工的手段，將法蘭平面度控制在要求的范圍之內。目前的塔筒加工技術規(guī)范要求頂法蘭（與風力發(fā)電機組相連的法蘭）加工后平面度0.3mm以內，其余法蘭機加工后平面度0.5mm以內。江蘇神山風電設備制造有限公司（以下簡稱“神山公司”）在購置法蘭后，對入廠的法蘭進行入廠前的檢查，包括尺寸檢測、無損檢測等，檢查全部合格后，方可入庫待上線生產(chǎn)。

2.2 與法蘭相連筒節(jié)的質量控制

法蘭焊后平面度的好壞與相鄰的筒節(jié)質量息息相關。相鄰筒節(jié)的圓度、端口平整度等都會影響法蘭最終的焊后平面度。為保證筒節(jié)的質量，我們從以下幾個方面進行控制。

（1）下料 鋼板下料前，應根據(jù)筒節(jié)的外形尺寸，放樣出標準的下料圖。然后根據(jù)數(shù)控切割機的工藝參數(shù)（割嘴大小、切割補償量、切割速度及板厚等）編制下料程序。下料后的尺寸控制為：長寬數(shù)據(jù)與理論相比-2～2mm，對角線之差≤3mm。下料前，采用數(shù)控切割機的噴粉功能，提前在鋼板表面噴出切割線；測量切割噴粉線并合格后再開始切割。切割完畢實測相關的數(shù)據(jù)，并做好數(shù)據(jù)記錄。

（2）坡口 坡口是后道焊接的基礎，要求坡口開制準確、無缺棱等缺陷。如有缺棱等缺陷，應按神山公司相關的修補規(guī)定修補到位：坡口鈍邊為3mm（公差控制-1～0mm），坡口角度公差范圍為±2.5°。坡口切割小車加工坡口時，要按相應的坡口圖調整好切割嘴的角度；切割后用角度尺實測坡口角度并做好記錄。對有缺棱的部位進行修補。

（3）卷圓 卷圓時，必須采用標準的卷圓檢驗樣板進行圓度控制。卷制時，首先要做好預悶頭的工作；采用相應的卷圓檢驗樣板來控制曲率。卷圓檢驗樣板為根據(jù)筒節(jié)的直徑與板厚確定好數(shù)值，采用激光數(shù)控下料而成。卷制過程中，用樣板接觸筒節(jié)內壁或者外壁，保證凹凸不大于塔筒加工規(guī)范要求的數(shù)值（該數(shù)值與筒節(jié)的板厚有關）。

筒節(jié)縱縫焊接完畢后，必須進行二次回圓處理；回圓控制同樣采用標準的卷圓檢驗樣板，合格標準同卷圓。

2.3 組對

正常塔段的筒節(jié)數(shù)量為6～15個，為保證法蘭焊后的平面度；法蘭與其相鄰筒節(jié)先行組對，然后在上線與其他筒節(jié)一一依次組對。神山公司采用法蘭水平組對法。

（1）法蘭組對平臺 神山公司專門利用鋼軌道制作了法蘭組對平臺，利用平臺根部的調平裝置，將平臺上表面調整到同一水平面上；整體的誤差控制在1mm以內。定期對該工作平臺的上表面進行檢測與調試，如圖1所示。

圖1 法蘭組對平臺

（2）組對 組對前，選擇經(jīng)過復測合格的法蘭以及經(jīng)過前道檢測合格的筒節(jié)。利用鋼卷尺實測法蘭和筒節(jié)的外周長，并記錄好相關的數(shù)據(jù)。將待組對法蘭吊運至組對平臺上并放置好，吊入組對筒節(jié)；依據(jù)組對原則（中心層對齊還是外壁對齊）進行組對。要求計算法蘭與筒節(jié)的外周長實測值之差（要求控制在8mm以內），如果超差，則需要更換筒節(jié)或者法蘭。該差值用來計算組對時的實際錯邊量，若實際錯邊量大于塔筒規(guī)范要求的最大錯邊量（一般為0.1t且≤2mm），那么該筒節(jié)需要返工處理或者需要再次核實法蘭的外形尺寸。

神山公司要求零間隙組對，即要求筒節(jié)端口與法蘭端口必須完全接觸或者間隙均勻一致。采用目視檢測的方法，整圈的光亮程度一致即可。組對的過程中，用鋼直尺從法蘭0°線開始逐步對齊并定位焊。定位焊完成后，再次利用焊規(guī)及鋼直尺檢查整圈的錯邊量情況，合格后，進行打底焊。

2.4 焊接控制

打底焊結束后，該筒節(jié)與法蘭便可上線與其他筒節(jié)整體合攏，合攏完成并經(jīng)過同軸度、平行度檢測合格后，可以進入埋弧焊。神山公司為確保法蘭焊后的平面度，在法蘭埋弧焊之前對法蘭的平面度增加了一次檢測。由于該環(huán)縫尚未進行埋弧焊，因此大多數(shù)情況下，此時的平面度數(shù)據(jù)是合格的。若不合格，需要單獨查找分析原因，進行返工處理。

埋弧焊時，焊劑應已烘干并處于保溫狀態(tài)；焊前需對焊縫進行預熱，預熱溫度在90～120℃。法蘭環(huán)縫要求一次性焊接完成，焊接層間溫度必須大于預熱溫度且小于200℃。焊接過程中如果有不可避免的接頭（如更換焊絲），須把接頭往后50mm長度進行打磨后重新引??；蓋面熄弧點與開始點至少有100mm的重疊。埋弧焊焊接的電流、電壓、速度、焊接順序等按照神山公司的WPS執(zhí)行，見表1。

表1 神山公司的焊接參數(shù)（節(jié)選）

焊接完成并經(jīng)過冷卻且焊縫NDT檢測合格后，對法蘭焊后平面度進行測量；如焊縫需要返修，則必須在返修合格后才能進行法蘭焊后平面度的檢測。根據(jù)塔筒加工技術規(guī)范，塔筒頂法蘭焊后平面度一般為0～0.8mm，其余法蘭的焊后平面度一般為0～2mm。根據(jù)神山公司的實際經(jīng)驗數(shù)據(jù)，只要嚴格按照上述流程控制好各個環(huán)節(jié)；法蘭的焊后平面度一次合格率在97%以上。一般不能一次性合格的均是塔筒頂法蘭，這是由于塔筒頂法蘭的焊后平面度要求較高導致。

2.5 頂法蘭的焊后平面度控制

（1）背靠背法組對 目前，隨著風力發(fā)電機組兆瓦級數(shù)的不斷提高，塔筒頂法蘭的脖頸高度也是越來越高；能夠到達450～650mm的高度。神山公司采用將兩片法蘭背靠背固定在一起，然后再與相鄰筒節(jié)組對并焊接的方法。利用法蘭自身在機加工后的平面度較高以及法蘭自身的剛度較好，來保證焊接過程中不發(fā)生變形（見圖2）。該方法能夠有效地提升頂法蘭焊后的平面度數(shù)值，經(jīng)過實際操作，頂法蘭焊接利用此方法后的焊后平面度一次合格率能夠達到99%。

圖2 頂法蘭背靠背組對法

（2）預留加工余量法 針對部分機型的頂部法蘭的脖頸高度僅有120～200mm的情況，無法采用上述的背靠背方法時；神山公司將這種類型的頂法蘭的盤厚加厚1～2mm。該類型的頂法蘭與相鄰筒節(jié)按前述的組對焊接工藝流程正常組對焊接。焊接完成后，對頂法蘭的表面進行一次機加工處理；機加工處理的量即為前面預留的盤厚增加量。經(jīng)過機加工的頂法蘭平面度合格率為100%。但是此方法，加工周期較長，且操作不便；故而在神山公司內部應用的也比較少。

（續(xù)）

2.6 火工矯正

神山公司的法蘭焊后平面度檢測是通過激光測平儀Easy-Lasyer來進行，激光測平儀能夠測出法蘭面各點的位置高低，從而自動生成該法蘭面的平面度及內傾度。根據(jù)實際經(jīng)驗，法蘭平面度超差的一般為法蘭面上的個別點；而非整個法蘭面上所有的點都超差。若有整個法蘭面全部點各都超差，即形成嚴重的質量事故；需要專項分析其原因并出具專門的解決方案，在此不詳細說明。針對個別超差的點，采用火工矯正的方法來進行法蘭焊后平面度的矯正，如圖3所示。

圖3 火工矯正

火工矯正前，該環(huán)縫的NDT檢測必須已經(jīng)合格。根據(jù)平面度檢測報告，確定基準點位置和火工矯正區(qū)域。火工矯正區(qū)域通常為筒體鋼板的兩側，在火工矯正區(qū)域內進行矯正，基準點區(qū)域不允許進行火工矯正?；鸸こC正利用火焰加熱，火焰與筒體接觸中心溫度≤600℃，不允許使用氧化焰。矯正時應讓有經(jīng)驗的人員根據(jù)平面度檢測報告，對需要矯正的區(qū)域作出預判；矯正時為與法蘭面平行的條狀加熱，2～3條加熱量矯正0.5～1mm；采用工裝均勻加熱。矯正后，在空氣中自然冷卻，嚴禁采用水冷；在表面溫度冷卻至40℃以下時，可以進行平面度復測。平面度合格后，需對矯正區(qū)域進行拋光處理；并做MT檢測，檢查是否有表面缺陷；對熱影響區(qū)及母材做硬度測試，其數(shù)值≤350HV。

3 結束語

神山公司經(jīng)過多年的探索與總結，掌握了一整套完整的控制法蘭焊后平面度的方法，法蘭焊后平面度在出廠前的第三方檢測中，合格率為100%。得到了監(jiān)理及業(yè)主的一致好評，樹立了我公司良好的品牌形象。