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1、风力发电机组塔架法兰的组装和焊接施工工法1 前言风电塔筒系圆锥筒形焊接结构件，分段制造，每段高度在十几米至三十几米， 每段节间采用连接法兰连接，顶部安装风力发电机。风电塔筒制造难点在于解决 各段连接法兰之间的平面度、平行度与焊接变形之间的矛盾。本工法总结了甘肃白银平川捡财塘45MW风电特许项目发电机组30套塔筒制 造过程中，对法兰组装精度控制和焊接变形控制的成功经验，可在今后类似工程 的施工中加以推广应用。1. 塔筒概述风电塔筒就是风力发电的塔杆，在风力发电机组中主要起支撑作用， 同时吸收机组震动。海风风电塔筒风电塔筒的生产工艺流程一般如下：数控切割机下料，厚板需要开坡口， 卷板机卷板成型后，
2、点焊，定位，确认后进行内外纵缝的焊接，圆度检查 后，如有问题进行二次较圆，单节筒体焊接完成后，采用液压组对滚轮架 进行组对点焊后，焊接内外环缝，直线度等公差检查后，焊接法兰后，进 行焊缝无损探伤和平面度检查，喷砂，喷漆处理后，完成内件安装和成品 检验后，运输至安装现场。2工法特点，胎膜具的合理设计，大大提高了法兰组装精度。，减轻劳动强度，提高劳动效率，满足现代化工程需要，提高制造单位竞争优势， 体现了标准工艺的先进性和科学性。3 适用范围本工法适用于各类风电塔筒制造过程中的法兰组装和焊接，对塔筒整体制造 质量控制有一定的指导意义。4 工艺原理4.0.1 在下料过程中控制筒节扇形钢板的弦长、弦高
3、、对角线偏差。4.0.2 筒节在卷制过程控制其圆度。4.0.3 法兰与筒节组装时，控制筒节管口平面度。4.0.4 法兰与筒节焊接时控制法兰的几何精度。5 施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程根据塔筒为变径直管的特点，采用 AutoCAD2006 软件整体精确放样，将其数 据输入数控切割机程序中进行下料；在筒节卷制中严格控制压延次数，大大降低 保证筒节的周长误差减小到最低值。制作工艺流程见图 5.1。图 5.1 工艺流程图5.2 操作要点搭设标准平台。平台基础采用60cm厚混凝土作基础，上部铺设100mm厚度 钢板，用水准仪找水平，钢平台平面度为1.0mm;在钢平上面根据法兰直径大小， 布置装
4、焊法兰固定胎具，胎具采用机加工制作，其胎具与法兰接触平面保证平面 度为0.5mm，见下图图 胎具与法兰接触平面图法兰固定胎具。由于塔筒有一定的锥度，各段塔筒其连接法兰直径是不一样 的，因此在加工制作法兰固定胎具时，要考虑到这一点，其固定胎具必须兼顾所 有法兰组装的需要。见图5.2.2 筒节制作1. 筒节下料、卷制1）所有料坯均采用首件检验制，经质安部确认后，方可批量下料。2）所有单节筒壁扇形钢板的对角线差不大于3.0mm、弦长公差为1.5mm; 每段塔筒中间节预留23mm焊接收缩余量，与法兰连接的筒节在钢板下料时预 留5_10mm修正余量。3）（5 16mm壁厚的钢板可以不开坡外，其他壁厚的钢
5、板开30坡口，预 留4.0_5.0mm钝边；与法兰连接的筒节开30坡，留2.0mm钝边。保证所有 切割面切割后光滑，避免出现缺肉情况，清理切割飞溅及氧化皮等。4）按滚压线进行筒节卷制，卷制过程中注意清理板面及卷板机上下辊，防 止因氧化铁等杂物压伤板材；对接后进行打底焊，打底焊采用co2气体保护焊， 其焊缝应规整、均匀，焊后及时清理焊接飞溅等;开坡口管节在管内壁打底焊， 不开坡口的管节在管外壁打底焊。5）相邻筒节的组对，纵缝错位180。环缝对接前应进行管口平面度修整， 满足技术要求后方能对接，对接时控制环缝间隙均匀，并检查管节对接的素线长 度、对角线偏差值满足要求，以保证上下管口的平面度、同轴度
6、。6）纵、环缝焊接按照焊接工艺评定执行。2. 法兰与相邻筒节（见图图 法兰与相邻筒节1）将法兰固定在标准平台胎具内。用工艺螺栓使之与胎具固定牢靠、紧密， 检查法兰颈的平面度。2）吊入筒节与法兰颈对接。对接前应检查筒节的圆度、管口平面度和周长， 保证筒节与法兰周长差不大于3.0mm;对接时在筒内钢平台上焊接挡块，通过楔 子微调其少量错台和不圆度，并保证其对接间隙均匀，且不大于2.0mm。见上图 4-2一3。3）组对后进行CO2气体保护打底焊，打底焊采取等距分段打底法，即断续、 对称焊接，直至整条环缝打底完成，其焊缝应规整、均匀，焊后及时清理焊接飞 溅等。3. 相邻段筒节法兰1）根据塔筒制造质量要
7、求，连接法兰只允许内凹，而不允许内翘，见下图， 法兰与筒节焊接前，先将相邻法兰组合，用工艺螺栓把紧，注意把紧螺栓的松紧 度，随时把紧螺栓。2）为保证法兰焊接后满足塔架制造技术条件要求，连接法兰把紧时加厚度 为3.03.5mm垫片进行焊接变形控制，垫片数量至少为12个，按法兰内圆圆 周均布；顶法兰把紧时加厚度2.0mm垫片进行焊接变形控制，垫片数量至少为8 个，按法兰内圆圆周均布;法兰把紧应对称、均匀施力，同时法兰外缘结合严密。 （见图图图4. 分段筒节与法兰节1）组装方法。分段筒节与法兰节采取平卧组装，在可调式防窜滚轮台架上 进行；组装前认真测量管口周长，用激光找中仪检查组装端口的平面度公差，
8、用 角磨机进行修整，使端平面度控制在1.5mm以内；用水准仪调平分段筒节轴线， 检查法兰节端面与分段筒节轴线的垂直度、螺栓孔位置度满足要求；为了平面度 控制方便、快捷，在两端处设置平行基准面，用激光找中仪测距，使两平行基 准面平行度为05mm;基准平行面可以制作成滑移式轨道，以满足不同长度的分 段节测量需要，同时也便于与法兰接触，直观的反映出法兰平行度误差，便于校正。具体见图2）法兰节与分段筒节自然状态下组装，避免强行组装；通过管口内米支撑调节圆度，控制法兰节组装变形及对接错边量,并保证组装焊缝间隙均匀在2.0mm 以内。3）组装后进行CO气体保护打底定位焊，其打底方法同上所述。定位焊后,2对
9、单段筒节两端法兰的平面度、圆度以及两法兰端面的平行度、同轴度进行检验， 如不符合规定要求，进行调整直至符合规定要求。5.2.3焊接1. 焊接前对焊缝坡口及焊缝周围进行清理。2. 塔筒焊接。焊道打底采用CO气体保护焊，以减少热应力变形。正式焊接2 均采用埋弧自动焊。根据板厚及坡口大小，严格按照成熟的焊接工艺评定参数、 焊层道数、电压、电流及焊接速度等参数操作。3. 通过参考基准平行面，密切关注端面法兰变形情况，可以快捷的分析导致 变形的应力点，为调整和控制变形提供依据。每条（道）环缝要一次焊接完成， 保证受热均匀，避免产生新的应力变形。5.2.4检验1. 严格按照塔筒制造技术协议进行检验。检查法
10、兰焊接变形，分段塔筒两端连接法兰焊接变形控制在0mm_-1.5mm;顶部法兰焊接变形控制在0mm-0.5mmo2. 由于法兰在采购订货时的厚度为+3/+1，因此，对于局部微量超差，可用 角磨机或自制动力头铣面机找正。6材料与设备6.1材料塔筒材料应符合相关技术参数。甘肃白银平川捡财塘45MW风电特许项目发电机组30套塔筒主要材料见表6.1。表6.1 塔筒主材表编号项目技术参数和规格备注1塔体材料S 355 J2G3 (1.0570)EN10025-3.1B/EN 10204 中国钢材 Q345D 31J-20C2法兰材料S355NL-Z25EN10025-3.1B/EN 10204 中国钢材Q
11、345E-Z25 31J-40C编号项目技术参数和规格备注3法兰成型工艺环形锻造4法兰剖面形状倒L字型6.2设备塔筒制造施工中的设备配置见表6.2-1表6.2-2表6.2-1 塔筒制造施工的设备配置表序号设备名称规格型号单位数量1卷板机30x3000台12龙门吊MQ40/42台13龙门吊QM2 x5/22台14汽车吊QY25台15可控硅焊机ZX7-630台26全自动逆变埋弧焊机MZ-1000 型台57逆变焊机ZX5-400台88数控切割机SQG-4000 型套29载重汽车8T台110焊剂烘烤箱80x80x 100 (cm3)台111焊剂筛选机台112碳弧刨枪JG-2只213可调式防窜滚轮架ZT
12、-30套214可调式防窜滚轮架ZT-50套115空压机12m3台116角向磨光机(P 125台1517磁力钻角向磨光机台1表6.2-2塔筒检测设备配置表-序号一设备名称规格型号数量主要技术性能1数字超声波探伤仪PXUT/2301工作频率0.5-20MHZ2激光几何测量系统Easy-Laser D600+1测量距离40m、泛泰克斯3X射线探伤仪XXQ-3005G1最大穿透板厚70mm4磁粉探伤仪DA-400S15交流微型磁粉探伤仪CJX-220E1220V 2.6A6湿膜测厚仪TI-1827磁性涂层测厚仪CTG-102测量范围0 1000“m误差土(1-3) %H内置打印机8涂层测厚仪SCS-3
13、2测量范围0-1000“m9裂纹测探仪L-S3210恒温自动洗片机HK-IV111X光底片干燥箱FX JP212大型金相显微镜XJG-05 型113抛光机P 1114万能材料试验机WE-601取人夹持板厚30mm,宽度-序号一设备名称规格型号数量主要技术性能80mm15冲击试验机JB-30A1冲击能量30kg m,冲击速 度 5m/s16硬度测试仪HR-1501负荷级数60, 100, 150kg17硬度测试仪HB-3001负荷级数 250, 750, 1000,3000kg18化学测试设备1套19表面粗造度测试仪TH0202精度0.002mm 英国产20温湿度仪WE-1330521涂层附着力
14、画格器CATES1500122水准仪AT-G36S3级（拓普康公司T0PC0N）7 质量控制7.1 制造过程中主要质量控制1.材料采购时审查法兰、钢板等的理化报告，以及钢板厚度、法兰几何尺寸。2. 法兰制造和探伤符合图纸和技术协议，检验法兰加工面精度、孔节圆直径 偏差、厚度偏差和其他尺寸记录。3. 下料后扇形钢板的弦长。4. 钢板卷制后的圆度。5. 法兰与相邻筒壁装焊后尺寸，变形、焊后余量预留情况。6. 检验单节筒壁直缝焊接质量；检验分段筒壁环缝焊接质量，以及几何尺寸 控制情况。7. 法兰与分段筒壁装焊后尺寸，以及焊接变形控制、整体几何尺寸情况。7.2 检验控制 在实际制造前，应根据用户、设计和本单位三方技术协议和质量控制大纲， 编制切实可行的检验计划，检验计划必须涵盖和贯穿材料的采购、下料、卷制、 焊接、组装等制造全过程。主要控制见图7.2-1图7.2-3。8 安全措施8.0.1 筒节端口打磨修正时，应注意周围环境，无关人员应远离
