华能苍南4号海上风电场项目风电基础钢管桩制造工艺

唐琳琳 刘一霖

摘要：华能苍南 4 号海上风电场位于浙江省苍南县东部海域，场区中心离岸距离约36km。钢管桩全长118.5---133.5米左右，准备分四段在室内进行加工，管段加工完成后，先进行防腐处理及附件焊接，防腐完成后再运至室外进行组装焊接成整体。本文针对高强度、大板幅、板厚较厚的钢材组焊制作，提供了的施工经验。

关键词：钢管桩制造;制造工艺

1 工程概况

华能苍南 4 号海上风电场位于浙江省苍南县东部海域，场区中心离岸距离约36km，水深约 27m～36m，东西最长约17.0km，南北最宽约 6.9km，涉海面积约53.2km2 ，总装机容量为 40万 kW。风电场由 16 回 35kV 海底电缆汇流至海上升压站，经两台 220/35kV 变压器（240MVA）升压至 220kV 后通过 2 回 220kV 海缆敷设至苍南县石萍社区兴澳村附近登陆，随后转 220kV 陆缆接至风电场 220kV 陆上计量站，汇集后接至系统站。本工程装机容量为400MW，共安装 77 台 5.2MW 风力发电机组（每个机位需6根钢管桩）。

2钢管桩主要工序制作及质量控制

2.1钢管桩的预弯、卷板

钢管桩所用钢材均以 Q355NC 型、Q355ND 型，Q355ND-Z25 型，板幅大、板厚较厚。板材的预弯和卷制采用三辊卷板机进行。卷制时两端压力需相等，加压时控制压力不能过大;卷制过程中要多次卷压;在卷制最后阶段，接头处应该稍微卷过一点，以方便组焊。

在卷制过程中，卷制时尽量采用小进给量多次辊压，这样钢管成型良好，可以保证压力钢管纵缝成型良好。要不时对管直径进行测量，确保钢管直径误差在规定范围内。卷制完成后，采用千斤顶和倒链进行直缝对接，使用斜铁控制错边尺寸，用CO2气体保护焊进行点焊固定。

2.2定位焊及纵缝焊接

钢板成圆合口时根据 WPS预热，同时为控制钢管变形，每500mm布置一个50〜100mm的定位焊点。焊缝两端用同材质同等厚度的引熄弧板固定。

用埋弧自动焊对钢管内纵缝进行焊接，焊接时外部采用焊剂垫。内焊完成后，焊缝背面采用碳弧气刨清根，清根完成后采用角磨机进行打磨，清理完成后采用埋弧自动焊进行外纵缝焊接。

2.3校圆

采用数控万能三辊卷板机进行校圆，在校圆过程中，控制压力不能过大，否则残余应力无法消除会使校圆难度增加，同时随时测量椭圆度，对直径不够的地方再加压校正。

2.4管段环缝组装及焊接

钢管桩分成4段，从第1节开始利用组对机逐节进行组对，单筒节分别在组对机上进行组对焊接，组对时利用组对机逐节进行卧装法，对于相互组对的二节筒节周长有误差时，应均匀分布偏差，避免局部错边量的超差，多层多道打底焊。

环缝焊接采用埋弧自动焊，焊接材料选用 WPS 规定焊材。焊前先把焊道清理干净，由若干个焊工对若干条焊缝同时进行施焊。先对筒体内环缝进行焊接，再外环缝碳刨清根、施焊。

为防止产生裂纹和减少残余应力，在焊前板厚 t≥30mm 需进行预热，预热温度 60℃～100℃，预热方法采用火焰预热，焊接过程中应控制层间温度，焊后应控制冷却速度。

3重点工序质量控制措施

钢管桩制作的重点是焊接。

3.1现场焊接措施

1）现场焊接方法：拼装时采用CO2气体保护焊进行点焊，焊接时采用埋弧自动焊。

2）焊接保护是焊接质量控制的重要一环。焊接作业区风速超过2m/s时，气体保护焊应设防风棚或其他防风措施。焊接作业区的相对湿度不得大于85%，当焊件表面潮湿时，应采取加热去湿除潮措施。

焊接作业区环境温度低于0℃时，应将构件焊接区各方向大于或等于两倍钢板厚度且不小于100mm范围内的母材，加热到20℃时方可施焊。且焊接过程中不得低于这个温度。

3）焊接完毕，待熔渣冷却后，仔细清理外观，用焊缝量规及目测检查表面质量。

4）无损探伤：焊接接头在自然冷却至常温后，采用角向磨光机、盘式钢丝刷等机械修磨焊缝上下各100 mm范围，无附着物后，再组织进行超声波探伤检查。

3.2控制焊接变形工艺措施

焊接变形是施焊过程中经常出现的问题。焊接变形不仅对产品结构尺寸的精确度、外观产生影响，而且也会对结构的承载能力产生影响。

为了减少焊接变形，钢管桩焊接时，采用对称和分段焊接。焊接变形可采用机械和高温加热矫正调直，进行热矫正时，加热温度不应超过900℃，加热矫正后应自然冷却。

3.3补焊工艺

当焊缝经无损探伤后，其焊缝内部或表面存在超过该构件无损检查要求的焊接缺陷时，对该焊缝进行返修。返修采用碳弧气刨清除焊缝缺陷，用埋弧焊焊接;当刨除深度大于1/3板厚时，用CO2气体保护焊进行打底，再用埋弧焊进行盖面。

1）返修焊缝所用的焊接材料，应与该焊缝所采用的焊接材料相同。碳弧气刨采用直径6mm碳棒，选用250A～400A电流，刨削速度0.5m/min～1.2m/min，压缩空气压力为0.4Mpa～0.6Mpa。

2）根据质检部超声波检测确定的缺陷位置、深度及缺陷性质，确定需要刨开的作业面。转动滚轮架，使焊缝旋转到合适的位置，易于碳弧气刨工作。

3）用碳弧气刨方法清除缺陷。每次气刨深度1～3mm为宜，掌握合适的刨削速度，避免产生夹碳，达到得到光滑刨痕表面的目的。

当刨削深度达到板厚2/3时停止气刨，此时刨出“U”型坡口，并用风枪仔细消除氧化物及杂质，用角磨机进行打磨坡口表面。

当焊缝缺陷长度不足100mm时，按100mm刨开，在刨除中至少向缺陷两端各延长20mm，刨槽两端的斜度应小于15°。

4）将刨槽20mm范围内及其两侧范围内氧化皮、飞溅、粘渣等附着物清理干净，并用角磨機将焊道清除干净，直至露出金属光泽，缺陷清除后的返修表面要圆滑，不能有尖锐棱角。当焊缝清理后未能及时进行返修，并因气候或其它原因影响而受潮、生锈等，在返修前重新清理。

5）补焊时在坡口内引弧，熄弧时填满弧坑;多层焊的焊层之间接头错开;当焊缝长度超过500mm时，采用分段退焊法;对接焊缝的修补，严格按照焊接规范进行施焊。

多层焊时，第一层焊接用CO2气体保护焊进行打底，焊接完成后使用角磨机清理焊道;用埋弧焊进行盖面时，严格控制电流大小，保证焊缝外观成型。

每焊一层要仔细检查焊缝，确定无缺陷后再焊下一层，不允许采用单层，单道大规范及慢焊速进行补焊。

6）修补焊缝内部缺陷多层焊接时，层与层间隔时间过长，需对焊缝修补范围进行局部预热，预热温度为60～80℃。

7）必须修磨返修部位的焊缝表面，使其外形与焊缝基本一致，经外观检查合格后，按原焊缝的无损检测要求进行探伤。

8）同一部位返修不能超过2次。

4结束语

华能苍南4号海上风电场项目风电基础工程制作总工程量约22950t，包括钢管桩及吊耳、桩内牛腿环板、电缆管、牺牲阳极板等桩身附件的制造。海上风电基础因其特殊的地理位置，对钢管桩的焊接质量、耐腐蚀性都有较高的标准。因此对高强度，厚板厚板材的焊接质量的控制是施工中的重点。通过本文对其制造工艺的介绍，为相似工程提供了可参考的施工经验。