提高風電塔筒焊縫外觀質量

吳海宏　章　鵬　華緒銀

(廣東水電二局股份有限公司， 廣東 廣州　511340)

提高風電塔筒焊縫外觀質量

吳海宏章鵬華緒銀

(廣東水電二局股份有限公司， 廣東 廣州511340)

【摘要】近年來我國風電能源建設發展十分迅速，風電塔筒在工程中的應用越來越重要，而焊接工程是整個工程的關鍵。焊縫是塔筒的重要組成部分，焊縫的外觀質量影響著產品的質量。本文重點介紹粵水電感城鎮49.5MW風電場塔筒制造QC小組項目的活動情況。項目成員通過運用QC的手法，分析解決工程中發現的問題，提高了焊縫外觀質量和產品品質，在為企業贏得工期和信譽的同時，創造了一定的經濟效益。該項目的成功經驗可為國內其他類似工程提供一定的參考借鑒。

【關鍵詞】風電； 塔筒； 焊縫外觀； 質量

1項目概況

粵水電感城鎮49.5MW風電場塔筒制造(以下簡稱“海南感城風電項目”)項目位于海南省東方市感城鎮，風電場總裝機容量為49.5MW，共有33套風力發電機組。公司負責該項目33套風力發電塔筒的制造任務，力求在不斷提高產品內在質量的同時，使產品外觀質量也有所改進，以提高在風電裝備制造領域的信譽。

焊接工程是整個風電塔筒工程的關鍵，焊縫是塔筒的重要組成部分，每套風電塔筒共有對接縱縫26條(縱縫總長61.830m),對接環縫29條(總長313.141m)，全部焊縫采用埋弧自動焊接技術。焊縫的外觀質量影響著產品的質量，因此公司在確保焊縫內部質量的基礎上，采用QC的手法，優化工藝方法和提高制造水平，提高焊縫外觀質量。

2施工現狀

2010年1月10日，本QC小組成員對海南感城風電項目第01～04套塔筒共220條焊縫的外觀質量檢查記錄表進行檢查(抽樣以“500mm/處”為單元，每套塔筒共抽檢750處)，統計結果匯總如下：

表1　第01～04套焊縫外觀質量檢查表匯總

根據表1抽樣結果可知，塔筒焊縫外觀的平均驗收合格率僅為：(52.67%+52.80%+51.60%+53.60%)/4=52.67%。存在問題的詳細情況可以歸類如表2所列。

表2　第01～04套塔筒“焊縫外觀質量”存在問題統計

從表2可知，風電塔筒焊縫外觀質量存在的問題中，焊縫余高超差占44.93%，焊縫寬窄差不合格占39.15%，此兩項是造成塔筒焊縫外觀質量不合格的主要問題。

3設定目標

根據公司經驗及歷史數據進行測算，發現如能解決焊縫寬窄差不合格和焊縫余高超差這兩項主要問題的九成，焊縫外觀質量初次合格率可提高到52.67%+47.33%×(44.93%+39.15%)×90%=88.5%

4原因分析

2010年1月15日，QC小組成員對現場進行深入了解，召開會議，采用頭腦風暴法進行充分討論，從人、機、料、法、環五個方面進行了分析，最終確定以下3個主要原因。

4.1主要原因一：焊機特性差

小組成員對三臺自動焊機的電壓值進行跟蹤檢查，在焊接的20min內發現三臺焊機的電壓值波動情況有所區別，1號焊機、3號焊機的電壓波動比較嚴重，統計結果如表3所列。

表3　焊接時焊機電壓波動調查(電壓值設定為33V時)

結論：通過對比焊道外觀(如圖1所示)，自動焊機電壓值不穩定，波動幅度>5%(標準要求波動幅度應在5%以內)，導致焊縫寬窄差超差。

圖1　三臺焊機生產的焊縫效果對比(左為1號，中為2號，右為3號)

4.2主要原因二：筒體圓度超差

因鋼管的管徑變化會導致焊接過程的不穩定和焊接參數的變化，從而引起形狀變化，造成筒體圓度超差。現場對4個塔架中出現焊縫余高超差的其中6個筒體管節圓度記錄進行了檢查，結果如表4所列。

表4　筒體圓度調查

結論：根據制造規范要求，圓度必須小于等于2mm，而表4檢查結果顯示實際圓度大于等于2mm，超出標準要求。由于趕工和節省材料，焊接前筒體缺乏必要的矯正措施。

4.3主要原因三：蓋面焊焊接速度不適合

現場對4個塔架中有出現焊縫余高超差的其中6個筒體管節環縫焊接時的速度記錄進行了檢查，發現蓋面焊時速度偏小。根據焊接原理，焊縫成形較高導致整條焊縫的余高超高，如表5所列。

表5　蓋面焊焊接速度

結論：從表5可知，焊接速度偏低，焊縫成形較高，導致焊縫余高超高。

6對策實施

通過以上的調查和分析，找到了問題的主要原因，制訂了如表6所列對策，并逐一實施。

表6　對策實施

注此表省略人員、時間、地點。

6.1解決焊機特性差的問題

針對生產車間部分國產焊機出現設備老化，焊機特性差，導致焊縫寬窄差不合格和焊縫余高超差問題，對國產自動焊機和美國某品牌自動焊機進行特性分析，美國某品牌自動焊機雖然價格比國產自動焊機貴6倍，但穩定性好，焊縫外觀整體均勻漂亮，因此公司引進3臺美國某品牌自動焊機，為生產優質產品提供了保證，解決了焊接時焊機電壓不穩定的問題。

實施效果：通過引進美國某品牌自動焊機，解決了電壓不穩定的問題，穩定了焊接時焊機的電壓后。將焊接電壓設定為33V后，測量三臺新焊機焊接時的電壓值如圖2所示。

圖2　三臺林肯自動焊機20min內電壓波動情況

從圖2可以看出，焊接時電壓值設定為33V后，電壓波動幅度不大，趨于33V。可以算出此三臺焊機焊接時電壓波動范圍分別為：±3.6%，±3.0%，±3.6%，都小于目標極限值5%，達到對策目標。

6.2解決筒體圓度超差的問題

a.在單節筒體縱縫焊完后，對筒體回卷板機進行回圓操作，找圓時用弦長600mm內卡樣板檢查筒體橢圓度和縱縫的棱角度，以樣板與簡壁的間隙不超過3mm為合格，并保證回圓的質量，如圖3所示。

圖3　筒體縱縫焊后回圓操作

b.在多節筒體環縫焊接前，對筒體用臨時支撐加固，保證筒體在焊接過程中的圓度合格，如圖4所示。

圖4　臨時支撐加固保證圓度

實施效果：對6個正在進行環縫焊接的筒體進行圓度復檢，結果匯總如表7所列，筒體圓度滿足標準要求，達到對策目標。

表7　實施后筒體圓度檢驗匯總

6.3解決蓋面焊焊接速度不適合的問題

對不同板厚、不同焊縫類型進行工藝反復試驗，并調整焊接速度，為保證焊接內部質量，根據線能量Q=ηIU/V，相應調整其他工藝參數(如表8和表9所列)。按照JB 4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》進行焊接工藝評定，經第三方檢驗，焊縫力學機械性能合格，既滿足了生產要求，又保證了焊縫內部質量和外觀質量。

表8　實施前蓋面焊焊接速度及其他工藝參數

表9　實施后蓋面焊焊接速度及其他工藝參數

實施效果：實踐表明，此項實施既調高了焊接速度(滿足余高合格)，又滿足了焊接工藝要求(焊縫內部質量要求)，達到了對策目標。

7結語

隨后QC小組成員對該項目焊好的第26～33套塔筒的全部焊縫外觀進行檢查，結果如表10和表11所列。

結論：通過小組活動，焊縫外觀質量驗收平均合格率由活動前的52.67%提高到90.63%，比目標值85%高出5.63個百分點。從表11可知焊縫外觀質量不合格的主要問題“焊縫余高超差”和“焊縫寬窄差不合格”已經得到有效解決，活動效果非常好。

表10　焊縫外觀質量檢驗匯總

表11　活動后8套風電塔筒焊縫外觀不合格存在問題統計

活動前焊縫外觀質量一次驗收合格率僅為52.67%(即47.33%返工)，活動后焊縫外觀一次驗收合格率為90.63%(及9.37%返工)，減少返工率為47.33%-9.37%=37.96%。根據經濟師的估算和工程結算書得知，平均每條焊縫返工費(包括材料費、人工費等)約200元，該QC活動過程涉及焊縫共1595條。通過QC活動，節省返工費用約200×1595×37.96%=121092元。開展QC活動經費(包括焊工獎勵、工藝試驗等)約10000元。因此通過開展QC活動，該項目總共節省經費約111093元，取得很好的經濟效益。該項目提高焊縫外觀質量的成功經驗和解決方法值得在行業內推廣應用。

關于開展2015年度水利水電工程建設工法申報工作的通知

為鼓勵企業科技創新，促進我國水利水電工程建設新技術、新工藝、新材料和新設備的推廣和應用，提高水利水電工程施工水平和工程質量，根據《水利水電工程建設工法管理辦法》(中水協〔2010〕20號)，現中國水利工程協會組織開展2015年度水利水電工程建設工法評審工作，有關申報事宜請登錄中國水利工程協會官方網站查詢。

來源： 中國水利工程協會網官網 2015年2月11日

丹江口水庫蓄水超歷史最高水位 南水北調中線工程水源充足

中圖分類號：TG445

文獻標志碼：B

文章編號：1005-4774(2015)04-0080-05

Improvement of wind power tower drum weld appearance quality

WU Haihong, ZHANG Peng, HUA Xuyin

(GuangdongHydropowerNo. 2BureauCo.,Ltd.,Guangzhou511340,China)

Abstract：China wind energy construction is developed very rapidly in recent years. Wind power tower drum becomes more and more important in project application, while weld project is critical in the whole project. Weld is an important part of tower drum, and the appearance quality of weld affects the quality of the product.In the paper, activity condition of Guangdong Hydropower Gancheng Town 49.5 MW wind power tower drum manufacturing project is mainly introduced in the paper. Project members analyzes and solves problems discovered in the project through QC method, thereby improving weld appearance quality and project quality. Certain economic benefits are created when project duration and credit are achieved for enterprise. Successful experience of the project can provide certain reference for other similar projects in China.

Key words：wind power; tower drum; weld appearance;quality