风力发电塔架制造关键工艺浅述

涂明　吴子杰

摘 要：以某公司承接风力发电塔架制作工程为背景，介绍了塔架制造通过试制确定质量控制关键点的设置，工艺制作，施工质量保证措施及安全措施。通过设备的顺利安装和项目的稳定运作事实表明，该套控制工艺操作简单、质量控制效果好、效率高，普遍适合圆筒形风力发电塔架的制作。

关键词：塔架制造；工艺；试制；焊接；控制要点

1 概述

随着社会高速发展，人类文明对电的需求日益紧缺，可持续发展对环境保护提出新的要求，因此新能源发电渐被重视。风力发电因其低污染，低碳环保，投资回收期短等优势，在地理条件允许的情况下被视为首选。塔架是风力发电的重要设备，设备的质量直接影响风力发电整套设备的运行稳定。结合本人工作实践经验，浅述我公司塔架的制造工艺技术，及关键控制要点。

塔架制造工作内容包括：基础环、分节塔筒及其内部平台、楼梯、门框等的制造及防腐，塔架工厂制造及防腐好运到工地用高强螺栓法兰连接，分节间的法兰均采用外购专业厂生产的标准法兰，埋入地下的基础环底法兰自制。1.5MW风力发电机塔筒外形尺寸大（φ4200mm），单段长度较长（28000mm），焊接工作量大，制造精度要求高，工期紧。本文重点探讨如何控制塔架加工重点工序的制造精度，如何利用自动焊接解决焊接工作量大等难题。

2 解决技术难点方法

本项目主要采用做实验的方法进行研究，采取制定工艺→小量试制→及时总结改进→小量生产→再次改进→批量生产。

2.1 总体思路。了解目前风电塔架制造的主要流程，使用高精度设备测量手段。对塔架制造质量控制的如下几个关键点进行攻关：（1） 塔筒卷制精度的控制；（2） 内外环缝自动焊工艺；（3） 塔筒组对机应用技术；（4） 筒体与法兰组对整体外形尺寸控制；（5） 塔筒及法兰焊接变形控制；（6） 激光检测系统的应用。

2.2 技术方案。首先根据我厂现有厂房情况布置2条风电塔架制造生产线。新购生产线设备有：3000*40全液压四混卷板机1台，10吨可调式焊接滚轮架1套，20吨可调倾斜焊接滚轮架1套，60吨可调式焊接滚轮架6套，30吨组对滚轮架2套，60吨可调式喷漆滚轮架2套；80吨可调式喷砂滚轮架1套；立柱式内环缝焊接操作机1台，立柱式外环缝焊接操作机1台，激光测平仪1套，从硬件上保证生产线的先进性。我们通过小量塔架试制（共5套），解决了如下几个关键点：（1） 塔筒卷制精度的控制：筒节钢板下料用数控切割机下料，保证了下料精度，使相邻管节周长差达到技术要求，按工艺图下料检查合格的板先用四混卷板机两端压头及滚圆，筒节的精度关键是两端部，只有端部两边各1米范围压头及滚圆合格才能后续滚整圆，管节两端做内弧样板检查合格，在四混卷板机组对纵缝后才能下架，管节纵缝焊接焊缝检查合格后回四混卷板机滚圆时，必需调平上下辊的平行度，严禁单边压力过大。局部压力过大会产生单侧板伸长，出现大头现象（本工程开始未注意到此点，共报废管节7节）。使回圆管节达到圆度技术规范要求。（2） 内外环缝自动焊工艺：内外环缝自动焊是关键控制点，我们对板厚≤16mm钢板采用不开坡口自动焊焊接工艺，焊前对组对间隙≥1.5mm的局部位置背缝用二氧化碳气保焊补焊一道，防止自动焊焊穿，背缝自动焊再把补焊的焊道清除，清除深度3～4mm（为使焊道宽度一致，未补焊部位一并清除）；对板厚>16mm钢板采用开坡口自动焊焊接工艺，焊前开坡口内侧先用二氧化碳气保焊焊2～3道，确保自动焊不焊穿，背缝自动焊前不一定清根，但必需气刨清平焊缝底面。所有自动焊严格按试验确定的工艺参数焊接。（3） 筒体与法兰组对焊、处理工艺：筒体与法兰组对焊是最关键的环节，因塔筒工地安装精度靠法兰平面度保证，顶法兰焊后平面度要求≤0.8mm（国家标准草案规定，明阳要求为0.5mm），其它法兰焊后平面度要求≤2 mm，通过工艺实践总结，我们总结出法兰焊后平面度间与组对坡口，焊接方法，管节圆度有重大关系，我们最后采用顶法兰和≤14mm管节法兰缝用二氧化碳气体保护焊工艺，>16mm管节法兰缝手工焊打底后用自动焊.并严格按焊接工艺规程操作。法兰焊后经平面度检查局部达不到要求时，采用火焰处理，外翻法兰采用火焰烤法兰肉转角办法，局部高点采用火焰烤对应环缝的方法，火焰烤温度局宽度视超标情况确定。（4） 塔筒组对及焊接工艺控制：塔筒组对按管节编号对号入座，先把管口两端周长四等分，划出素线，纵缝按规定的相对法兰方位组对，每组一节测量四个方位素线长度差控制≤3 mm，最后组完1条分节塔筒素线长度差控制≤2 mm，对角线长度差控制≤3 mm。测量时必需用测力器，拉力5～10kg，因使用相对差比较，同组测量拉力要相等。尺寸不符时要划出原因，严禁随意修割管口，塔筒组对严禁管外焊钢码。（5） 塔筒焊接工艺控制：每组2个管节，用内环缝操作机先焊内环缝。湿度大的天气焊前必用火焰烤焊道水份，焊完分节塔筒的全部内环缝，再用外环缝操作机焊外环缝。外环缝焊前清除封间隙的背缝，并用砂轮磨光焊缝两侧刨渣。为减少变形外环缝焊接用调焊法。（6） 分节塔筒焊后检查及平面度平行度控制。本工序是控制塔筒制造精度的关键的环节，单件检查合格管节法兰平面度受管段环缝焊接应力影响，会变形改变法兰平面度，塔筒组对后会焊接收缩，塔筒素线长度，对角线长度都有变化。环缝检查合格后，通过激光测平仪平面度检查，弹簧拉力器拉尺平行度检查达不到要求的必须处理，通过工艺摸索我们掌握了一套行之有效的火焰校正法，部分因焊接变形引起的平面度平行度超差均可通过分析变形后在相关联部位用火焰烤环缝的校正法处理。火焰烤的温度、环缝位置，塔架支承位置通过尺寸变成分析确定，当法兰平面度和法兰平行度同时出现超差时，先处理法兰平面度，后处理法兰平行度，使分段塔架筒体达到标准要求。

3 施工质量保证措施及安全措施

3.1 施工质量保证方面，着重做好以下几个环节：（1） 开工前抓好图纸会审及转换车间施工图工作，对关键工序和特殊过程编制作业指导书；（2） 对进场人员要求：配备足够的技术人员、管理人员和技术工人，特殊工种都经过严格培训，及做各种工艺试验；（3） 材料进场检验制度：制订材料标识、可追溯性和材料检验等制度；（4） 技术交底制度：由项目技术负责人对总体施工方案、分项施工技术措施进行技术交底，由分项工程师对每一道工序、每一班组实行交底；（5） 施工过程实行“三检”制度。每一工序完工要通过自检、复检、终检；（6） 质量否决权：项目经理、项目技术负责人、项目质检部门有权对不顾质量的施工行为发出停工整改指令，待纠正检查合格后才能复工。

3.2 安全保证措施。（1） 所有进入现场人员，必须按有关规定穿着工作服、劳保鞋、配带安全帽，特殊工作人员要配带专门的防护用品，如电焊工要配带面罩和目镜。（2） 施工现场存放的设备、材料，应做到场地安全可靠，存放整齐，通道畅通。（3） 起重机械在吊塔筒前要经过试车检查，使用专用吊带，应专人指挥，禁止斜吊，禁止任何人在吊运物品上或在下方停留和行走。物件悬空时，驾驶员不能离开操作岗位。（4） 电工、焊工、起重机司机和各种机动车辆司机，必须经过专门培训，考试合格后发给操作证，方准独立操作。（5） 氧气、乙炔的使用要符合安全操作规程，以防引起火灾、爆炸事故。（6） 现场照明线路必须绝缘良好，布线整齐且应相对固定。（7） 行灯电压不得超过36V，在塔筒内部工作时，行灯电压不得超过12V，行灯必须带有防护网罩。

4 本项目实施工效果及改进推广应用前景

本项目在解决如何控制塔架加工重点工序的制造精度，利用自动焊接解决焊接工作量大等方面跨进了国内先进行列，本工艺值得在其他风电项目推广应用。

作者简介：涂明（1983- ），男，工程师，主要从事金属结构技术工作；吴子杰（1976- ）工程师，主要从事工程管理工作。