有關風電塔筒法蘭焊接措施的分析

胡井林

摘要：在風力發電高塔中，塔筒是最基礎的大型部件。由于塔筒的體積過大，因此在制作時，必須將塔筒劃分成多段。在完成塔筒制作后，要通過法蘭焊接技術將塔筒各部分連接起來，然后才能進行組裝發電機組。在進行法蘭焊接時，如果沒有控制好操作手法和技術細節，很有可能會造成法蘭變形情況。為了提高塔筒焊接施工的質量，使風電塔在建成后能夠安全、平穩地運行，本文筆者對法蘭焊接的優化方式進行了深入分析。

關鍵詞：風電塔 法蘭焊接 優化措施

中圖分類號： TG457 文獻標志碼 A

1.前言

將風能轉化為電能供城市居民及生產工廠使用，不但能夠控制環境污染、減少煤礦用量，還能優化城市的能源結構，推進城市能源循環系統的發展。通常一組完善的風電機能夠使用20年左右。一風電系統中包含著許多塔架，這些塔架底層直徑均超過4米，風電塔的厚度約10-40毫米。塔筒是一種常見的塔架，這種塔架在日常使用中十分便于維護，且外觀簡潔、結構穩固。焊接施工是制造塔筒的重要環節，因此必須控制好法蘭焊接，才能保障風電塔的制造治療。

2.塔筒制造工程中法蘭焊接的操作方式

在進行焊接操作時，為了將塔筒和法蘭焊的變形情況控制在設計規范內，通常技術人員都會采用從零到整的焊接順序，先把單體法蘭和塔架上的環焊縫把和焊接完成，然后再焊接塔筒內部焊縫。通常法蘭焊接要經歷三道工序，第一個工序是焊接塔筒的內圍，并通過碳弧氣刨對塔筒外部進行清根并做出直角坡口。使用砂輪工具打磨直角坡口。第二、第三道工序都在塔架的外部實施。為了使塔架能夠承擔沉重的載荷，法蘭焊接的縫隙必須有足夠的強度與韌性。在結束焊接工序后，主要針對基礎環下法蘭后鋼板的焊接。消氫工序的溫度應控制在200-350℃之間，每次消氫必須持續120分鐘[2]。總之，在對法蘭和塔架進行焊合拼接時，必須控制好焊接施工涉及的各項參數，這樣才能保障風電塔的建設質量。表1為法蘭焊接施工的詳細參數設置。

表1 法蘭焊接施工的參數設置

焊層 電流（A） 電壓（V） 速度（m/h）

1 560-650 31-36 21-37

2 560-650 32-35 21-37

3 540-600 31-34 21-30

3風電塔塔架焊接施工存在的缺陷

3.1 常規焊接施工方式工作量過大

常規法蘭焊接的施工方向是自外而內，然后再對塔筒的內部進行清根。但自外而內的焊接方式會增加清根工序的難度。由于在清根時塔筒已經完成焊接，因此要使用車輪對坡口進行打磨十分困難，會增加技術人員的工作量，延長施工時間。

3.2常規焊接方式不利于提高塔筒質量

采用常規焊接方式對法蘭和塔架進行焊接后，內部清根、打磨工序的操作難度大，因此如果清根工序操作不當，就很有可能影響坡口的形狀，還會使坡口出現加工痕跡。如果坡口嚴重變形或加工痕跡過于明顯，就會降低法蘭焊接的施工質量，導致焊接部位冒出氣泡。在進行焊接施工時，施工過程的各種參數都會對法蘭角成型造成影響，如果法蘭角成型不統一，就會降低風電塔的建設質量和使用性能。

4.優化風電塔塔架法蘭焊接工序的方法

4.1運用埋弧技術對法蘭和風電塔的塔架進行焊合銜接

選用埋弧設備對法蘭進行焊接，可以加強焊接強度。在實施熱處理時，應選用能夠通過計算機控制溫度的熱處理設備，同時熱處理設備上還要配備自動調溫裝置。正式焊接法蘭之前，必須先進行預熱處理，預熱溫度應根據實際需要調節，通常在90-130℃左右[3]。

4.2度量焊接部位的尺寸確保塔架與法蘭的銜接長度達標

先測量塔架筒節部位和法蘭相連的長度，再根據測量所得的數據確定焊工裝的尺寸。只有精確控制焊接部位的尺寸，才能準確知悉工裝的斜角，確保法蘭焊接工序的質量，使法蘭焊接更為穩固。工裝的斜角關系到塔架法蘭焊接施工的質量，因此在對焊接部位進行測算時，必須注意下述兩個關鍵點：（1）控制好工裝夾具傾斜角，斜角度數應符合塔架焊接的技術要求。如果斜角過大，在焊合塔架時，塔架會出現晃動，增加焊接施工的危險性和困難性，影響塔筒成型的效果和焊接質量。如果夾具斜角太小，就會焊接頭的傾斜程度造成干擾，局限焊接絲延展長度，增加塔架和法蘭銜接的難度，影響法蘭焊接質量。依據筆者多年參與塔架建設的經驗，工裝斜角最適當的角度應為25°—30°。將角度控制在這個范圍內能夠提升塔架的穩固性。

4.3采取組合拼裝焊接方法，對法蘭和塔架焊接進行質量控制

風電塔建造人員在對塔架的工裝進行設計規劃時，必須充分考慮法蘭焊接設計的各項技術數據，每項技術數據都有可能對塔架工裝的制造效果造成影響。在風電塔投入使用后一段時間，塔架和法蘭之間的焊合部位通常會出現縫隙和裂痕，這些縫隙會對法蘭焊接效果和風電塔的建造質量造成影響。加入焊接部位的間隙太大，工裝就無法發揮效果。為了防止法蘭焊接部位出現縫隙，技術人員可以適當調節焊接角度，使工裝能夠發揮出計劃中的效果。在焊接法蘭時，必須控制好各項焊接參數，如線能量、焊接電流、焊接速度、焊絲尺寸等，尤其是在各個筒節和法蘭的厚薄程度不同時，更要對各項參數進行眼科（視覺）控制，使各個焊接環節能夠完美配合，這樣才能降低焊接施工的困難度，提高風電塔的建設質量，保障施工安全。同時，為了控制焊縫，技術人員在開展法蘭焊接施工之前，要對焊縫進行檢查，如果焊縫生銹或有污染物附著，技術人員必須清除焊縫行的銹跡，并清除污染物。在開展法蘭焊接施工的同時，技術人員不能忽視清潔層間的工作。如果沒有處理好清潔層間的工作，法蘭焊接工序就會受到干擾。對層間進行清潔處理后，必須通過手弧焊修復層間才能繼續法蘭焊接施工。

4.4改進塔筒法蘭焊接工藝

首先，選擇內側位置作為管節和法蘭的坡口區域，科學選擇接頭參數，合理安排焊接順序，保證塔筒法蘭焊接工作的有序開展。順利將管節和法蘭進行焊接，結束作業之后，可視具體情況開展火焰整形，促進塔架生產速度提高的同時，保證塔筒法蘭焊接的角變形情況與設計規范相符，提升焊接質量。其次，在實施管節與法蘭焊接的過程中，優先找出外側對組對時存在間隙的位置開展封焊操作，而針對不存在間隙的部位則無需進行焊接。改進之后的焊接工藝不需要再另外實施手工焊打底，可在間隙封焊完成之后開展內側焊接，并針對外側實施清根處理，之后根據規定要求實施打磨處理，認真清理焊接縫隙中的殘留物，清理完畢后開展外側焊縫焊接，完成外側焊接工作后再接著進行內側焊接，通過這種交替式的焊接工藝，提高焊接工作的效率，并保障焊接質量。

4.5運用對把固定法控制法蘭角變形

要想確保法蘭焊接完畢后能夠符合塔架制造的技術要求和條件，我們在對法蘭把緊進行連接處理時，應增加2毫米至3毫米厚的墊片，用于控制焊接過程中發生的變形，選擇超過6個以上厚度的墊片，使用定位銷將6個墊片進行兩兩連接，根據法蘭內圓圓周進行平均分布；頂法蘭把緊的過程中，增加厚度在1.5毫米到2.0毫米之間的墊片，用來開展焊接變形調控，選用的墊片數目約為6個，同樣使用定位銷將選用的墊片進行兩兩連接，并根據法蘭內圓圓周進行均勻分布；盡量確保法蘭把緊處于對稱狀態，保證施力平均，并力求法蘭外緣能夠實現緊密結合。之所以使用定位銷，是為了方面后期拆卸，并根據組對工藝開展組對工作，有效調整和控制間隙量，緩解法蘭出現波浪變形。

5.結束語

總之，對風電塔塔架的法蘭焊接工藝進行優化能夠有效提升風力發電效率，提高風電場日常運作的安全性，節約人力和資金成本，提升塔架的建設質量。對法蘭焊接實施優化可以防范焊接部位出現變形情況，確保塔架外部美觀、內部質量優良。在對法蘭焊接工序實施優化時，必須全面考慮風電場的內部運作狀況、外部環境和風力供電標準，結合實際采取適當措施對塔架的法蘭焊接進行改良。

參考文獻：

[1] 李義峰.分析風力發電機組塔筒焊接制作工藝[J].低碳世界.2013，（07）：112-113。

[2] 孫立一.淺談塔筒大直徑帶頸鍛造法蘭焊接變形控制[J].中國新技術新產品.2012，（08）：58-59。

[3] 孔凡強.風電塔筒法蘭焊接變形控制的工藝措施[J].現代制造技術與裝備.2011，（03）：71-72。