CN107984105A

CN107984105A - 风电塔架s355nl钢的焊接工艺

Info

Publication number: CN107984105A
Application number: CN201711341542.5A
Authority: CN
Inventors: 石南辉; 韦相贵; 张小军; 颜世周; 张科研; 黎泉; 刘科明
Original assignee: Qinzhou University
Current assignee: Qinzhou University
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2018-05-04

Abstract

本公开了一种风电塔架S355NL钢的焊接工艺，其通过采用二氧化碳气保焊打底和埋弧焊填充盖面的工艺来进行焊接，并且工件板的对接接头为上小下大且带钝边的不对称X型焊接坡口。采用改进后的新焊接工艺对风电塔架S355NL钢进行焊接，焊接得到的工件接头的各项性能指标均满足标准的要求，与现有焊接工艺相比，本焊接工艺不需要额外进行清渣工作，免去了传统常温或较低温度环境下焊接过程中焊前需要进行预热的程序，同时也免去了碳弧气刨反面清根的工作，不仅保证了焊接质量，还提高了焊接的施工效率，节约生产成本，同时改善了工人的施工方环境。

Description

风电塔架S355NL钢的焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种焊接工艺，具体涉及一种风电塔架S355NL钢的焊接工艺。

背景技术

风力发电作为清洁新能源近年发展特别迅速，缓解了我国部分区域电能使用紧张的局面。而风力发电设备的主要焊接结构件有风电塔筒(俗称风塔)、主机架等,是风电机组中主要承载部件，其主要承载的是风电机舱和转子。风电塔筒的结构可以为管状的塔，也可以是格子状的塔，特点为结构跨度大、形式复杂、使用过程中承受较大幅度的疲劳荷载等。这些部件均采用全焊结构,风塔焊缝的接头型式不仅多样、且长度长,焊接质量对风电塔架的质量产生巨大的影响。因此,为了保证风电设备的安全运行，必须严格控制风电塔架中焊接结构件焊缝的焊接质量,焊接人员需要在焊接前进行必要的焊接工艺评定,以验证所拟定的焊接工艺正确性与否。

风力发电在欧洲的芬兰、丹麦等国家很流行，我国风电技术多采用国外技术，其中欧洲技术居多。现有我国对于风电塔架厚板的焊接多采用焊条弧焊打底或二氧化碳气体保护焊打底正面埋弧焊填充盖面工艺，反面碳弧气刨清根后埋弧焊填充盖面工艺。该焊接工艺在操作过程存在如下缺陷：

1)碳弧气刨清根过程中不仅会产生很大的粉尘污染，而且清根质量还受到操作者技术水平的限制，而清根质量不好将会影响后续的埋弧焊质量；

2)在对碳弧气刨过程中的渗碳层打磨、清理不干净时，还会造成焊接裂纹的情况，焊接质量难以保证；

若将二氧化碳气体保护焊打底改为采用焊条电弧焊打底，因需要额外进行清渣工作从而导致焊条电弧焊的工作效率低，且还极易造成夹渣的缺陷。此外，现行的很多焊接工艺对于此牌号相当的厚板在焊接过程中，在常温或较低温度环境下焊接时，焊前需要进行预热步骤，预热温度均在100℃左右，焊接效率低，焊接成本较高，而且焊接质量不易控制。

发明内容

针对上述的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、焊接质量高、焊接效率高的风电塔架S355NL钢的焊接工艺。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

风电塔架S355NL钢的焊接工艺，包括以下步骤：

1)按ISO15614标准的规定，选取两块待焊接的工件板，并将两块工件板的其中一端的端部相互对接一起，然后在对接后的结合缝隙处的上下面分别开设坡口、使得两块工件板的对接接头呈X型焊接坡口；

2)步骤1)中，X型焊接坡口为上下不对称且带钝边的坡口，包括坡口角度为60°的上坡口和坡口角度为90°的下坡口，在上坡口与下坡口之间间隔有3～6mm的间隙；

3)完成步骤2)后，对坡口的内外边缘的每侧20mm的范围内进行打磨，打磨程度达到彻底去除油污、铁锈等杂物，见金属光泽即可；

4)上坡口与下坡口之间的间隙作为打底层，并采用二氧化碳气体保护焊进行焊接；然后采用埋弧焊从上坡口的底部至其顶面依次顺序填充焊接、为正面层，接着正面盖层采用埋弧焊焊接；最后采用埋弧焊从下坡口的顶部至其底面依次顺序焊接、作为反面层，在反面层采用埋弧焊进行两道盖面。

上述方案，为了提高焊接的质量，步骤4)中，当焊接所处的环境温度小于5℃或环境湿度大于90％时，对X型焊接坡口的两侧进行不低于10℃的焊前预热。

上述方案，进一步地，步骤4)中，二氧化碳气保焊可采用型号为ER70-6且规格为φ1.2的焊丝，并且使用的二氧化碳的气体纯度为99.9％。

上述方案中，步骤4)中的二氧化碳气保焊的电弧电压可以为28V～34V，焊接电流可以为220A～260A，焊接速度为8～12mm/s。

进一步优选地，步骤4)中，埋弧焊采用型号可为M-12K，规格为φ4.0的焊丝。

上述方案，为了减少焊接层与焊接层之间的相互干扰，进一步保证焊接质量，步骤4)中的焊接过程的各个焊接层的层间温度最好控制在60～90℃之间。

上述方案，步骤1)中，单块工件板的长度不小于300mm，宽度不小于125mm。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用二氧化碳气保焊打底和埋弧焊填充盖面的工艺来对风电塔架S355NL钢进行焊接，并且工件板的对接接头为上小下大且带钝边的不对称X型焊接坡口。经本发明人的多次试验和生产实践证明,采用改进后的新焊接工艺对风电塔架S355NL钢进行焊接，焊接得到的工件接头的各项性能指标均满足标准的要求，依据评定合格的焊接工艺评定编制的焊接工艺规程指导焊接生产,是完全可以满足厚度为12.5～50mmS355NL钢板的风电塔架S355NL钢批量生产要求的。

2、与现有焊接工艺相比，本焊接工艺不需要额外进行清渣、渗碳层打磨清理等工作，免去了传统常温或较低温度环境下焊接过程中焊前需要进行预热的程序，同时也免去了碳弧气刨反面清根的工作，不仅保证了焊接质量，还提高了焊接的施工效率、节约成本以及改善了工人的施工环境，有益于应用推广使用。

附图说明

图1为两块工件板相对接后，对接接头的一种剖面结构示意图。

图2为风电塔架S355NL钢的焊接工艺的焊接顺序示意图。

图中标号为：1、上坡口，2、下坡口，3、间隙，4、工件板。

具体实施方式

实施例1

风电塔架S355NL钢的焊接工艺，包括以下步骤：

1)按ISO15614标准的规定，选取两块待焊接的工件板4，并将两块工件板4的其中一端的端部相互对接一起，然后在对接后的结合缝隙处的上下面分别开设坡口、使得两块工件板4的对接接头呈X型焊接坡口；具体地，单块工件板4的长度不小于300mm，宽度不小于125mm；本实施例中，单块工件板4的规格为350mm×150mm×25mm，即长为350mm，宽为150mm，厚为25mm。

2)步骤1)中，如图1所示：X型焊接坡口为上下不对称且带钝边的坡口，包括坡口角度为60°的上坡口1和坡口角度为90°的下坡口2，在上坡口1与下坡口2之间间隔有3～6mm的间隙3；

4)如图2所示，上坡口1与下坡口2之间的间隙3作为打底层(如图2中示意出的“1”)，并采用二氧化碳气体保护焊进行焊接；然后采用埋弧焊从上坡口1的底部至其顶面依次顺序填充焊接、为正面层(如图2中示意出的“2”)，接着正面盖层采用埋弧焊焊接(如图2中示意出的“3”)；最后采用埋弧焊从下坡口2的顶部至其底面依次顺序焊接、作为反面层，即反面不采用碳弧气刨清根技术，而是直接采用埋弧焊进行填充(如图2中示意出的“4”)。在反面层采用埋弧焊进行两道盖面(如图2中示意出的“5”和“6”)。

步骤4)中，当焊接所处的环境温度小于5℃或环境湿度大于90％时，对X型焊接坡口的两侧进行不低于10℃的焊前预热。进一步，在焊接过程的各个焊接层的层间温度尽量控制在60～90℃之间。

步骤4)中，二氧化碳气保焊采用型号为ER70-6且规格为φ1.2的焊丝，并且使用的二氧化碳的气体纯度为99.9％；而埋弧焊采用型号为M-12K，规格为φ4.0的焊丝。本实施例中，可在焊前将焊丝于350℃的温度下加热2小时，以去掉焊丝表面含有的湿气，从而保证焊接过程的质量。

所述风电塔架S355NL钢的焊接工艺的焊接工艺参数，具体如下表1：

表1

按实施例1的焊接工艺进行焊接操作并在如上表1的具体参数下进行焊接，将焊接得到的工件1、工件2、工件3作如下试验：

一、焊缝检验

焊缝外观按ISO5818标准B级要求检验合格后，再按EN1714标准对焊缝进行超声波探伤检查，检查结果合格。另外，还按EN571-1标准对焊缝进行液体渗透探伤检查，检查结果合格。

二、拉伸试验

拉伸试验按EN895标准执行，抗拉强度要求值为470-630N/mm²。焊接得到的工件接头的拉伸试验结果如下表2：

表2

从表2的数据可以看出，焊缝的拉伸强度满足要求。

三、弯曲试验

弯曲试验按EN910标准执行，要求值为弯曲180°不裂。焊接得到的工件接头的弯曲试验结果如下表3：

表3

从表3中的数据可以看出，焊缝的弯曲强度满足要求。

四、冲击试验

冲击试验按EN875标准执行，冲击试样尺寸(mm)为55×10×10,S355NL在-50℃时的冲击功要求值为27J。焊接接头冲击试验结果如下表4：

表4

从表4中的数据可以看出，焊缝的冲击韧性满足要求。

五、硬度试验

按EN1043-1标准对焊缝接头进行硬度检验，具体检验部位见图2所示，分别在母材、热影响区及母材各检验三点，F代表焊缝上表面，M代表焊缝心部位置，R代表焊缝下表面，具体检测数据见如下表5所示：

表5

从表5的数据上可以看出，焊接接头的硬度满足要求。

综合一至五的各项焊接接头的试验结果，不难得到：焊接接头的各项性能指标均满足标准的要求，此焊接工艺可满足厚度为12.5～50mmS355NL钢板，在环境温度大于5℃或环境湿度小于90％条件的焊接。生产实践证明,依据评定合格的焊接工艺评定编制的焊接工艺规程指导焊接生产,是完全可以满足风电塔架S355NL钢批量生产要求的。

此外，与现有的焊接工艺相比：免去了常温或较低温度环境下焊接过程中，焊前需要进行预热的程序，免去了碳弧气刨反面清根工作，改善了工人的施工环境，提高了施工效率，保证了焊接质量，并且节约了施工成本。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.风电塔架S355NL钢的焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)按ISO15614标准的规定，选取两块待焊接的工件板(4)，并将两块工件板(4)的其中一端的端部相互对接一起，然后在对接后的结合缝隙处的上下面分别开设坡口、使得两块工件板(4)的对接接头呈X型焊接坡口；

2)步骤1)中，X型焊接坡口为上下不对称且带钝边的坡口，包括坡口角度为60°的上坡口(1)和坡口角度为90°的下坡口(2)，在上坡口(1)与下坡口(2)之间间隔有3～6mm的间隙(3)；

4)上坡口(1)与下坡口(2)之间的间隙(3)作为打底层，并采用二氧化碳气体保护焊进行焊接；然后采用埋弧焊从上坡口(1)的底部至其顶面依次顺序填充焊接、为正面层，接着正面盖层采用埋弧焊焊接；最后采用埋弧焊从下坡口(2)的顶部至其底面依次顺序焊接、作为反面层，在反面层采用埋弧焊进行两道盖面。

2.根据权利要求1所述的风电塔架S355NL钢的焊接工艺，其特征在于：步骤4)中，当焊接所处的环境温度小于5℃或环境湿度大于90％时，对X型焊接坡口的两侧进行不低于10℃的焊前预热。

3.根据权利要求1或2所述的风电塔架S355NL钢的焊接工艺，其特征在于：步骤4)中，二氧化碳气保焊采用型号为ER70-6且规格为φ1.2的焊丝，并且使用的二氧化碳的气体纯度为99.9％。

4.根据权利要求3所述的风电塔架S355NL钢的焊接工艺，其特征在于：步骤4)中的二氧化碳气保焊的电弧电压为28V～34V，焊接电流为220A～260A，焊接速度为8～12mm/s。

5.根据权利要求1或2所述的风电塔架S355NL钢的焊接工艺，其特征在于：步骤4)中，埋弧焊采用型号为M-12K，规格为φ4.0的焊丝。

6.根据权利要求1所述的风电塔架S355NL钢的焊接工艺，其特征在于：步骤4)中，在焊接过程的各个焊接层的层间温度控制在60～90℃之间。

7.根据权利要求1所述的风电塔架S355NL钢的焊接工艺，其特征在于：步骤1)中，单块工件板(4)的长度不小于300mm，宽度不小于125mm。