CN112518243A - 一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺 - Google Patents

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夏小勇
许成辰
王军
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Abstract

本发明公开了一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，所述风电塔架长窄厚板过渡段由自上至下依次连接的上法兰、筒节和下法兰组成，所述风电塔架长窄厚板过渡段的具体制造过程如下：下料切割、坡口加工、筒节卷制、筒节纵缝焊接、筒节回圆、法兰无间隙组对、法兰环缝焊接、筒体成品检验。本发明风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺安全可行、焊接质量好、生产效率高。

Description

一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺
技术领域
本发明涉及风电塔架的下料、组对、焊接技术领域，具体涉及一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺。
背景技术
目前，带有过渡段基础的塔架不断地在实际中得到应用；例如长窄厚板过渡段在上海电气张北3.0MW样机项目上取得了较好的实用效果。带有过渡段基础的塔架相比于普通塔筒来说，最大的特点就是基础结构长窄厚（过渡段直径4.2m（展开后13.2m），高度0.47m，直径是高度的9倍（一般结构直径高度比约2倍），厚度48mm），极大地提升了塔架基础的稳定性能以及安全性能。并且焊缝质量等级须符合现行国家标准《承压设备无损检测》（NB/T47013-2015）规定，达到一级合格。
但是，目前长窄厚的过渡段制造具有如下特点和难点：1、由于下料板材结构长（13.2m）窄（0.47m）厚（48mm），极易出现下料变形、尺寸超差情况，造成后续强力组对、应力过大，容易引起焊接裂纹；2、施焊时较难保证焊缝的熔深、熔宽和一次合格率； 3、部件厚度大，在装配焊以及埋弧焊过程中，容易产生焊接变形和焊接裂纹。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺。
本发明采用的技术方案是：
一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，所述风电塔架长窄厚板过渡段由自上至下依次连接的上法兰、筒节和下法兰组成，所述风电塔架长窄厚板过渡段的具体制造过程如下：
1）下料切割；
用磁吸吊将板材放置在下料工作台上，调出板材下料程序导进数控火焰切割机，采用数控火焰切割机依据程序进行下料作业，同时控制下料变形；
2）坡口加工；
按照图纸设计坡口，然后通过半自动火焰切割小车对下料后的钢板进行开坡口，并用磨光机打磨坡口及坡口两侧20mm范围内的杂质；
3）筒节卷制；
采用卷板机按操作规程对开好坡口的钢板进行卷圆作业，并通过药芯焊丝电弧焊FCAW对卷圆拼缝进行组装定位，每隔300mm确定一个装配焊点进行点固，每段定位焊50mm长，控制组对根部0～1mm的间隙；圆周错边控制在1mm以内、轴向错位控制在1mm以内；最后全长封底焊；
4）筒节纵缝焊接；
采用埋弧焊接进行纵缝焊接并进行温度控制；减小变形应力，多层多道释放应力；焊接程序为：内侧埋弧焊--外侧碳刨清根--外侧埋弧焊；
5）筒节回圆；
采用卷板机按回圆操作规程对焊完纵缝的筒节进行回圆，控制好筒节圆度Dmax-Dmin≤0.005Dnom，样板与筒体间隙≤2mm；48h后对焊缝进行UT超声波无损检测，确保达到NB/T47013.3 UT I级合格；
6）法兰无间隙组对；
用行吊将法兰放置在组对平台上，用行吊将纵缝UT超声波无损检测合格的筒节竖直放置在法兰上并调好位置，局部最大间隙不超过1mm；避免强力组装预防过大应力；采用药芯焊丝电弧焊FCAW进行组对定位；
7）法兰环缝焊接；
采用埋弧焊接进行法兰环缝焊接并进行温度控制；减小变形应力，多层多道释放应力；焊接程序为：内侧埋弧焊打底填充--外侧碳刨清根--外侧埋弧焊焊完--内侧埋弧焊填充盖面；
8）筒体成品检验；
检验项目如下：
a.外观检测；在进行VT宏观检测之间，焊工需要先自检，保证焊缝外观情况完好，焊缝表面不得有夹渣、裂纹、咬边和气孔缺陷；
b.无损检测：当VT宏观检测完成后，48小时后进行UT超声波检测，同时对丁字缝加测RT射线检测、MT磁粉检测，确保达到NB/T47013 I级合格。
进一步的，步骤1）中，所述下料切割的具体操作过程如下：
a.留点下料：每割一段留50mm不割，回头再割留点部分；
b.短边起割，公共长边后割；
c.降低切割速度；
d.起刀补偿5～6mm。
进一步的，步骤1）中，下料切割时，允许偏差如下：
宽度方向偏差0～+2mm，长度方向偏差≤±2mm，对角线偏差≤±3mm，对角线之差≤3mm。
进一步的，步骤3）中，所述药芯焊丝电弧焊FCAW的焊接参数如下：焊丝T49 4T1-1C1A，焊丝直径Φ1.2，电流200-240A，电压30-33V，速度24-36cm/min，保护气体CO2，流量20-25L/min。
进一步的，步骤4）中，所述埋弧焊接为埋弧自动焊SAW，所述埋弧焊接的焊接参数为：焊丝F5A4-H10Mn2，焊剂SJ101，焊丝直径Φ4.0，焊剂规格8-40目，电流600-700A，电压29-35V，焊接速度25-30m/h，焊剂焊前烘干300-350℃保温2h，热输入量2.0-3.5KJ/mm。
进一步的，步骤6）中，所述药芯焊丝电弧焊FCAW的焊接参数如下：焊丝T49 4T1-1C1A，焊丝直径Φ1.2，电流180-230A，电压28-32V，速度24-30cm/min，保护气体CO2、流量15-25L/min。
进一步的，步骤7）中，所述埋弧焊接为埋弧自动焊SAW，所述埋弧焊接的焊接参数为：焊丝F5A4-H10Mn2，焊剂SJ101，焊丝直径Φ4.0、焊剂规格8-40目，电流550-650A，电压29-35V，焊接速度25-30m/h，焊剂焊前烘干300-350℃保温2h，热输入量1.9-3.3KJ/mm。
进一步的，所述坡口按如下方案设计：
纵缝：内坡口宽度为32±1mm，内坡口角度为54±5°，内坡口深度为32±1mm；外坡口宽度为16±1mm，外坡口角度为64±5°，外坡口深度为13±1mm，中间钝边为3±1mm；
法兰环缝：内坡口宽度为32±1mm，内坡口角度为53.2±5°，内坡口深度为32±1mm；外坡口宽度为14±1mm，外坡口角度为56.6±5°，外坡口深度为13±1mm，中间钝边为3±1mm。
进一步的，步骤4）中，所述温度控制的具体流程如下：
纵缝焊接前在坡口两侧100mm的范围内用氧丙烷火焰均匀加热，加热完成后用温度仪对纵缝坡口温度进行测量,温度达标后才能进行焊接作业,将预热温度控制在100-160℃，层间温度控制在100-200℃；盖面焊接完成后，用石棉将焊缝覆盖保温缓冷。
进一步的，步骤7）中，所述温度控制的具体流程如下：
法兰环缝焊接前在坡口两侧100mm范围内用氧丙烷火焰均匀加热，加热完成后用温度仪对法兰环缝坡口温度进行测量,温度达标后才能进行焊接作业,将预热温度控制在100-160℃，层间温度控制在100-200℃；盖面焊接完成后，将加热工装放在固定支架上，开启滚轮架转两圈对环缝表面进行均匀加热，保温缓冷预防裂纹的产生。
本发明的有益效果是：
1、本发明采取了“留点下料、短边起割共边后割、起刀补偿”的长窄厚板下料控制变形方法，能够较好的保证下料尺寸在图纸公差范围内；
2、本发明分别设计了长窄厚板的纵缝、法兰环缝焊接的坡口，利于焊接时的层道布置，提高了焊接效率和一次性合格率；
3、本发明采用药芯焊丝电弧焊FCAW进行组对定位，选择CO2作为保护气体，选取的焊丝T49 4T1-1C1A（经-40℃复验合格）与母材(过渡段材料Q345E)性能相符，能够达到焊接工艺所需的要求；
4、本发明采用了埋弧焊接的方法，采用F5A4-H10Mn2/SJ101焊丝焊剂组合，生产效率较高，同时保证了焊缝的质量要求；
5、本发明的温度控制通过加热工装，能做到均匀预热及焊后保温，能够较好地保证焊接质量，提高一次性合格率，同时提高生产效率。
附图说明
图1为本发明风电塔架长窄厚板过渡段的整体结构示意图；
图2为本发明纵缝的坡口示意图；
图3为本发明法兰环缝的坡口示意图；
图4为 本发明“留点下料”的工作原理示意图。
图中：11、下法兰，22、筒节，33、上法兰；
0-L01代表纵缝，0-C01代表筒节下端的环缝、0-C02代表筒节上端的环缝；
NK代表内坡口宽度，NJ代表内坡口角度，NS代表内坡口深度；WK代表外坡口宽度，WJ代表外坡口角度，WS代表外坡口深度，DB代表中间钝边；
DQD代表短边起割点。
具体实施方式
如图1所示，一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，风电塔架长窄厚板过渡段由自上至下依次连接的上法兰33、筒节22和下法兰11组成，风电塔架长窄厚板过渡段的具体制造过程如下：
1）下料切割；
用磁吸吊将板材放置在下料工作台上，调出板材下料程序导进数控火焰切割机，采用数控火焰切割机依据程序进行下料作业，同时控制下料变形；
如图4所示，下料切割的具体操作过程如下：
a.留点下料：每割一段（约1m）留50mm不割，回头再割留点部分；
b.根据短边起割点DQD以短边起割，切割方向为顺时针，公共长边后割；
c.降低切割速度；
d.起刀补偿5～6mm（火焰半径）。
保证下料尺寸符合图纸要求：宽度方向偏差0～+2mm，长度方向偏差≤±2mm，对角线偏差≤±3mm，对角线之差≤3mm，下料工序控制好了后面的卷圆、回圆、组对等工序可避免强力组对预防过大应力。
2）坡口加工；
按照图纸设计坡口，然后通过半自动火焰切割小车对下料后的钢板进行开坡口，并用磨光机打磨坡口及坡口两侧20mm范围内的杂质。
3）筒节卷制；
采用卷板机按操作规程对开好坡口的钢板进行卷圆作业，并通过药芯焊丝电弧焊FCAW对卷圆拼缝进行组装定位（焊丝T49 4T1-1C1A，焊丝直径Φ1.2，电流200-240A，电压30-33V，速度24-36cm/min，保护气体CO2，流量20-25L/min），每隔300mm确定一个装配焊点进行点固，每段定位焊50mm长，控制组对根部0～1mm的间隙；圆周错边控制在1mm以内、轴向错位控制在1mm以内；最后全长封底焊。
4）筒节纵缝焊接；
采用埋弧自动焊SAW（焊丝F5A4-H10Mn2，焊剂SJ101，焊丝直径Φ4.0，焊剂规格8-40目，电流600-700A，电压29-35V，焊接速度25-30m/h，焊剂焊前烘干300-350℃保温2h，热输入量2.0-3.5KJ/mm）进行纵缝焊接并进行温度控制；焊接程序为：内侧埋弧焊--外侧碳刨清根--外侧埋弧焊；
如图2所示，纵缝：内坡口宽度NK为32±1mm，内坡口角度NJ为54±5°，内坡口深度NS为32±1mm；外坡口宽度WK为16±1mm，外坡口角度WJ为64±5°，外坡口深度WS为13±1mm，中间钝边DB为3±1mm。图2中的数字1、2-3、4-1、4-2、5-1、5-2、6-1、6-2、7、8、9意味着内侧（背面）纵缝的焊接顺序层道；减小变形应力，多层多道释放应力；
温度控制：纵缝焊接前在坡口两侧100mm的范围内用氧丙烷火焰均匀加热，加热完成后用温度仪对纵缝坡口温度进行测量,温度达标后才能进行焊接作业,将预热温度控制在100-160℃，层间温度控制在100-200℃；盖面焊接完成后，用石棉将焊缝覆盖保温缓冷。
5）筒节回圆；
采用卷板机按回圆操作规程对焊完纵缝的筒节进行回圆，控制好筒节圆度Dmax-Dmin≤0.005Dnom，样板与筒体间隙≤2mm；48h后对焊缝进行UT超声波无损检测，确保达到NB/T47013.3 UT I级合格。
6）法兰无间隙组对；
用行吊将法兰放置在组对平台上，用行吊将纵缝UT超声波无损检测合格的筒节竖直放置在法兰上并调好位置，局部最大间隙不超过1mm；避免强力组装预防过大应力；采用药芯焊丝电弧焊FCAW（焊丝T49 4T1-1C1A，焊丝直径Φ1.2，电流180-230A，电压28-32V，速度24-30cm/min，保护气体CO2、流量15-25L/min）进行组对定位。
7）法兰环缝焊接；
采用埋弧自动焊SAW（焊丝F5A4-H10Mn2，焊剂SJ101，焊丝直径Φ4.0、焊剂规格8-40目，电流550-650A，电压29-35V，焊接速度25-30m/h，焊剂焊前烘干300-350℃保温2h，热输入量1.9-3.3KJ/mm）进行法兰环缝焊接并进行温度控制；焊接程序为：内侧埋弧焊打底填充--外侧碳刨清根--外侧埋弧焊焊完--内侧埋弧焊填充盖面（调节内外焊接顺序分散应力）；
如图3所示，法兰环缝：内坡口宽度NK为32±1mm，内坡口角度NJ为53.2±5°，内坡口深度NS为32±1mm；外坡口宽度WK为14±1mm，外坡口角度WJ为56.6±5°，外坡口深度WS为13±1mm，中间钝边DB为3±1mm。图2中的数字1、2-3、4、5、6、7-1、7-2、8-1、8-2、9-1、9-2意味着内侧（背面）法兰环缝的焊接顺序层道；减小变形应力，多层多道释放应力；
温度控制：法兰环缝焊接前在坡口两侧100mm范围内用氧丙烷火焰均匀加热，加热完成后用温度仪对法兰环缝坡口温度进行测量,温度达标后才能进行焊接作业,将预热温度控制在100-160℃，层间温度控制在100-200℃；盖面焊接完成后，将加热工装放在固定支架上，开启滚轮架转两圈对环缝表面进行均匀加热，保温缓冷预防裂纹的产生。
8）筒体成品检验；
检验项目如下：
a.外观检测；在进行VT宏观检测之间，焊工需要先自检，保证焊缝外观情况完好，焊缝表面不得有夹渣、裂纹、咬边和气孔缺陷；
b.无损检测：当VT宏观检测完成后，48小时后进行UT超声波检测，同时对丁字缝加测RT射线检测、MT磁粉检测，确保达到NB/T47013 I级合格。

Claims (10)

1.一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，其特征在于，所述风电塔架长窄厚板过渡段由自上至下依次连接的上法兰（33）、筒节（22）和下法兰（11）组成，所述风电塔架长窄厚板过渡段的具体制造过程如下：
1）下料切割；
用磁吸吊将板材放置在下料工作台上，调出板材下料程序导进数控火焰切割机，采用数控火焰切割机依据程序进行下料作业，同时控制下料变形；
2）坡口加工；
按照图纸设计坡口，然后通过半自动火焰切割小车对下料后的钢板进行开坡口，并用磨光机打磨坡口及坡口两侧20mm范围内的杂质；
3）筒节卷制；
采用卷板机按操作规程对开好坡口的钢板进行卷圆作业，并通过药芯焊丝电弧焊FCAW对卷圆拼缝进行组装定位，每隔300mm确定一个装配焊点进行点固，每段定位焊50mm长，控制组对根部0～1mm的间隙；圆周错边控制在1mm以内、轴向错位控制在1mm以内；最后全长封底焊；
4）筒节纵缝焊接；
采用埋弧焊接进行纵缝焊接并进行温度控制；减小变形应力，多层多道释放应力；焊接程序为：内侧埋弧焊--外侧碳刨清根--外侧埋弧焊；
5）筒节回圆；
采用卷板机按回圆操作规程对焊完纵缝的筒节进行回圆，控制好筒节圆度Dmax-Dmin≤0.005Dnom，样板与筒体间隙≤2mm；48h后对焊缝进行UT超声波无损检测，确保达到NB/T47013.3 UT I级合格；
6）法兰无间隙组对；
用行吊将法兰放置在组对平台上，用行吊将纵缝UT超声波无损检测合格的筒节竖直放置在法兰上并调好位置，局部最大间隙不超过1mm；避免强力组装预防过大应力；采用药芯焊丝电弧焊FCAW进行组对定位；
7）法兰环缝焊接；
采用埋弧焊接进行法兰环缝焊接并进行温度控制；减小变形应力，多层多道释放应力；焊接程序为：内侧埋弧焊打底填充--外侧碳刨清根--外侧埋弧焊焊完--内侧埋弧焊填充盖面；
8）筒体成品检验；
检验项目如下：
a．外观检测；在进行VT宏观检测之间，焊工需要先自检，保证焊缝外观情况完好，焊缝表面不得有夹渣、裂纹、咬边和气孔缺陷；
b．无损检测：当VT宏观检测完成后，48小时后进行UT超声波检测，同时对丁字缝加测RT射线检测、MT磁粉检测，确保达到NB/T47013 I级合格。
2.根据权利要求1所述的一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，其特征在于，步骤1）中，所述下料切割的具体操作过程如下：
a．留点下料：每割一段留50mm不割，回头再割留点部分；
b．短边起割，公共长边后割；
c．降低切割速度；
d．起刀补偿5～6mm。
3.根据权利要求1所述的一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，其特征在于，步骤1）中，下料切割时，允许偏差如下：
宽度方向偏差0～+2mm，长度方向偏差≤±2mm，对角线偏差≤±3mm，对角线之差≤3mm。
4.根据权利要求1所述的一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，其特征在于，步骤3）中，所述药芯焊丝电弧焊FCAW的焊接参数如下：焊丝T49 4T1-1C1A，焊丝直径Φ1.2，电流200-240A，电压30-33V，速度24-36cm/min，保护气体CO2，流量20-25L/min。
5.根据权利要求1所述的一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，其特征在于，步骤4）中，所述埋弧焊接为埋弧自动焊SAW，所述埋弧焊接的焊接参数为：焊丝F5A4-H10Mn2，焊剂SJ101，焊丝直径Φ4.0，焊剂规格8-40目，电流600-700A，电压29-35V，焊接速度25-30m/h，焊剂焊前烘干300-350℃保温2h，热输入量2.0-3.5KJ/mm。
6.根据权利要求1所述的一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，其特征在于，步骤6）中，所述药芯焊丝电弧焊FCAW的焊接参数如下：焊丝T49 4T1-1C1A，焊丝直径Φ1.2，电流180-230A，电压28-32V，速度24-30cm/min，保护气体CO2、流量15-25L/min。
7.根据权利要求1所述的一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，其特征在于，步骤7）中，所述埋弧焊接为埋弧自动焊SAW，所述埋弧焊接的焊接参数为：焊丝F5A4-H10Mn2，焊剂SJ101，焊丝直径Φ4.0、焊剂规格8-40目，电流550-650A，电压29-35V，焊接速度25-30m/h，焊剂焊前烘干300-350℃保温2h，热输入量1.9-3.3KJ/mm。
8.根据权利要求1所述的一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，其特征在于，所述坡口按如下方案设计：
纵缝：内坡口宽度为32±1mm，内坡口角度为54±5°，内坡口深度为32±1mm；外坡口宽度为16±1mm，外坡口角度为64±5°，外坡口深度为13±1mm，中间钝边为3±1mm；
法兰环缝：内坡口宽度为32±1mm，内坡口角度为53.2±5°，内坡口深度为32±1mm；外坡口宽度为14±1mm，外坡口角度为56.6±5°，外坡口深度为13±1mm，中间钝边为3±1mm。
9.根据权利要求1所述的一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，其特征在于，步骤4）中，所述温度控制的具体流程如下：
纵缝焊接前在坡口两侧100mm的范围内用氧丙烷火焰均匀加热，加热完成后用温度仪对纵缝坡口温度进行测量,温度达标后才能进行焊接作业,将预热温度控制在100-160℃，层间温度控制在100-200℃；盖面焊接完成后，用石棉将焊缝覆盖保温缓冷。
10.根据权利要求1所述的一种风电塔架长窄厚板过渡段的制造新工艺，其特征在于，步骤7）中，所述温度控制的具体流程如下：
法兰环缝焊接前在坡口两侧100mm范围内用氧丙烷火焰均匀加热，加热完成后用温度仪对法兰环缝坡口温度进行测量,温度达标后才能进行焊接作业,将预热温度控制在100-160℃，层间温度控制在100-200℃；盖面焊接完成后，将加热工装放在固定支架上，开启滚轮架转两圈对环缝表面进行均匀加热，保温缓冷预防裂纹的产生。
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