华绪银
广东水电二局股份有限公司 511340
摘要：本文笔者结合多年的风电塔筒制作经验，对风电塔筒法兰与筒体的组焊工艺进行了优化改进，特别是采用法兰加工预留内倾量方法，有效地控制了法兰平面度，使得一次性合格率达到了90%以上，提高了生产效率，降低了成本，同时有效地消除了反复刨焊造成焊缝外观质量差，焊缝成型不好的现象，提高了产品外观质量和内在质量。
关键词：焊接；平面度；法兰内倾；法兰外翻；焊接变形
1、塔筒制作法兰平面度控制
1.1 在下料过程中控制筒节扇形钢板的弦长、弦高、对角线偏差
（1）所有料坯下料前检查外形尺寸，经质量检查合格确认后，方可批量下料。
（2）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≤14mm 壁厚的钢板可以不开坡口外，其他壁厚的钢板开23°坡口，预留5.0～7.0mm 钝边；与法兰连接的筒节开23°坡口，留5.0~7.0mm 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。
1.2 筒节卷制、组对、焊接过程控制其圆度
（1）筒节卷制时，按滚压线进行卷制，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。
（2）在筒节卷制中严格控制压延次数，筒节的周长误差控制到最低值。
（3）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。
（4）单节筒节卷制不允许出现死弯，卷形过程中用弧形样板多次检查其圆度，不允许卷过量，直径尺寸偏差控制在±3mm 以内，卷形后筒节两头用十字拉筋支撑，才能进入下道焊接工序。
（5）筒节纵缝焊接过程中，严格按塔筒焊接技术工艺规程，选择焊接工艺参数，不允许超标，第一层打底焊尽量选择偏小焊接参数，电流过大，很容易产生焊接应力，造成筒节变形，每道焊缝焊完后要进行消缺处理后，再进行下道焊缝焊接，以满足塔筒在保证同轴度的同时，将焊接变形消除一部分，为保证塔筒总长度和两端的平行度、平面度，在塔筒两端最后两节上，要求预留一定的消缺余量，便于后期组对法兰时修正[1]。
2、法兰加工预留内倾量
法兰与筒节组装采用传统的组对方式，但在焊接完成后，由于焊接应力的作用下，当连接
螺栓去除后，均会出现法兰外翻变形（见图1），不能满足设计要求。法兰外翻变形后，采用传统火焰加热的方法进行校正，使法兰内倾量满足设计要求。一般外翻变形量ε 在2.0～2.8mm 之间，需要3 小时的校正时间，超过3mm 将无法校正，只能将焊缝割开，校正法兰后，再重新装配、焊接，这样既浪费人力、物力，又影响生产进度。
在生产中通过对焊接后的法兰外翻变形数据进行统计分析，采用合理的组焊工艺，95%左右的法兰外翻变形量2.5mm 以内，因此，我们要求对成品法兰加工预留内倾量2mm 以内，然后再进行装配、焊接[2]。
3、法兰与筒节组装时，控制筒节管口平面度
（1）法兰与筒节要求在标准平台上组装，平台混凝土结构必须结实，上面铺设厚度为100mm 以上钢板，钢板上表面需加工，其平面度要求1.0mm 以内；在平台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。
（2）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2）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。
（3）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。
（4）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。
（5）根据塔筒制造质量要求，连接法兰只允许内倾，而不允许外翻（见图3）。为控制焊接变形，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。
（6）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4）。
4、分段筒节与法兰节组装
4.1 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，便于校正[3]。
4.2 组装注意事项
（1）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。
（2）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、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[4]。
6、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。
参考文献：
[1]杨少军，王延斌，特古斯等.风力发电塔架法兰平面度控制技术.钢结构.2009 年12 期.
[2]梁建明，王占英，刘春东等.风电塔筒法兰焊接工艺.焊接技术.2009 年02 期.
[3]张民，邹振忠.风电机组塔架节问连接法兰焊接变形及解决办法.水电施工技术，2008 年第4 期（总第54 期）.
[4]高云中.风塔焊接工艺.电焊机.2014.11.
论文作者:华绪银
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/10
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