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，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、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
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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2～3mm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）δ≤16mm壁厚的钢板可以不开坡口外，其他壁厚的钢板开30°坡口，预留4.0～5.0mm钝边；与法兰连接的筒节开30°坡口，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）纵、环缝焊接按照焊接工艺评定执行。
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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4-2～3。
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3.0～3.5mm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，用角磨机进行修整，使端口平面度控制在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，在两端口处设置平行基准面，用激光找中仪测距，使两平行基准面平行度为0.5mm；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
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正。具体见图
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CO2气体保护打底定位焊，其打底方法同上所述。定位焊后，对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CO2气体保护焊，以减少热应力变形。正式焊接均采用埋弧自动焊。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～-0.5mm。
2.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 1 2 项 目 塔体材料 法兰材料 技术参数和规格 S 355 J2G3 （1.0570） S355NL-Z25 备 注 EN10025-3.1B/EN 10204中国钢材Q345D 31J@-20℃ EN10025-3.1B/EN 10204中国钢材Q345E-Z25 31J@-40℃ 4
编号 3 4 项 目 法兰成型工艺 法兰剖面形状 技术参数和规格 环形锻造 倒L字型 备 注 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 设备名称 卷板机 龙门吊 龙门吊 汽车吊 可控硅焊机 全自动逆变埋弧焊机 逆变焊机 数控切割机 载重汽车 焊剂烘烤箱 焊剂筛选机 碳弧刨枪 可调式防窜滚轮架 可调式防窜滚轮架 空压机 角向磨光机 磁力钻角向磨光机 规格型号 30×3000 MQ40/42 QM2×5/22 QY25 ZX7-630 MZ-1000型 ZX5－400 SQG-4000型 8T 80×80×100（cm3） JG-2 ZT-30 ZT-50 12m3 φ125 单位 台 台 台 台 台 台 台 套 台 台 台 只 套 套 台 台 台 数量 1 1 1 1 2 5 8 2 1 1 1 2 2 1 1 15 1 表6.2-2塔筒检测设备配置表 序设备名称 号 1 数字超声波探伤仪 2 激光几何测量系统 3 X射线探伤仪 4 磁粉探伤仪 5 交流微型磁粉探伤仪 6 湿膜测厚仪 7 8 9 10 11 12 13 14 磁性涂层测厚仪 涂层测厚仪 裂纹测探仪 恒温自动洗片机 X光底片干燥箱 大型金相显微镜 抛光机 万能材料试验机 规格型号 PXUT/230 Easy-Laser D600+ XXQ-3005G DA-400S CJX-220E TI-18 CTG-10 SCS-3 L-S3 HK-Ⅳ FX JP XJG-05型 P—1 WE-60 5
数量 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 2 1 1 1 主要技术性能 工作频率0.5-20MHz 测量距离40m、泛泰克斯 最大穿透板厚70mm 220V 2.6A 测量范围0-1000μm误差±（1-3）%H 内置打印机 测量范围0-1000μm 最大夹持板厚30mm,宽度
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