CN115213519A - 风电塔筒内附件的可控相变紧固方法及其紧固系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电塔筒内附件的可控相变紧固方法及其紧固系统。本发明的风电塔筒内附件的可控相变紧固方法包含如下步骤：制作承载底座；将承载底座初步固定至内附件的安装位置；采用钎焊工艺将承载底座焊接固定于内附件的安装位置；将内附件固定至承载底座上。本发明创造性地将钎焊工艺用于风电塔筒内附件的紧固，不仅实现了内附件的有效紧固，而且对风电塔筒基材的疲劳强度影响极小，降低了风电塔筒的全生命周期成本，经济效益显著。

Description

风电塔筒内附件的可控相变紧固方法及其紧固系统

技术领域

本发明涉及风电塔筒技术领域，特别涉及一种风电塔筒内附件的可控相变紧固方法及其紧固系统。

背景技术

在现有技术中，风电塔筒的内附件大都是直接焊接固定在风电塔筒上的，且焊接方法一般采用电弧熔焊工艺或射钉紧固工艺。

电弧熔焊工艺的紧固原理为：将要焊接的金属工件作为一极，焊条作为另一极，两极接近时产生电弧，利用电弧放电所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而完成焊接。

射钉紧固工艺的紧固原理为：预先在风电塔筒的钢基材的内附件安装位置钻孔，然后使用射钉枪朝向钻孔击发钉弹，利用钉弹与钻孔之间的过盈配合，在快速冲击的过程中所产生的热量进行摩擦熔焊，以达到将内附件焊接在风电塔筒上的目的。

上述两种紧固工艺，还需在现场花费较多的人工，操作繁琐，效率低下。

现有技术中，电弧熔焊工艺与射钉紧固工艺都会对风电塔筒的钢基材局部造成融化再凝固，从而产生较大的残余应力，并且射钉紧固工艺还需要预先在风电塔筒的刚基材上打孔，然而，在风电塔筒上进行打孔或者造成钢基材局部融化再凝固都会损失风电塔筒的疲劳强度，虽然在焊接过程中，焊接成本低廉，但看不到的是，由于现有内附件紧固的焊接工艺，风电塔筒的设计方会采用增加风电塔筒钢基材的壁厚的方法来对风电塔筒疲劳强度的损失进行补偿，大大提高了风电塔筒的成本。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，用于固定风电塔筒内附件，包含如下步骤：

制作承载底座；

将承载底座初步固定至内附件的安装位置；

采用钎焊工艺将承载底座焊接固定于内附件的安装位置；

将内附件固定至承载底座上。

进一步，制作承载底座包含如下子步骤：

加工金属板材，获得底板，底板将用于与风电塔筒焊接固定；

在底板上设置螺柱，获得承载底座，螺柱用于固定内附件。

进一步，底板的厚度不小于5mm。

进一步，底板为方形或圆形。

进一步，承载底座的表面镀锌。

进一步，初步固定承载底座前，对内附件在风电塔筒上的安装位置的表面进行预处理，提高表面粗糙度。

进一步，初步固定承载底座包含如下子步骤：

将钎焊设备设置到内附件的安装位置；

将承载底座固定至内附件的安装位置。

进一步，钎焊的焊接方式为电弧钎焊或激光钎焊。

进一步，采用电弧钎焊将承载底座焊接至风电塔筒后，敲击焊脚或对焊脚采取去应力热处理。

进一步，钎焊工艺采用的焊丝为铜硅三焊丝。

根据本发明又一实施例，提供了一种风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，用于固定风电塔筒内附件，包含：

钎焊设备；

焊接设备平台，在焊接设备平台上安装钎焊设备，用于为钎焊设备提供工作焊接平台；

承载底座，承载底座用于安装风电塔筒内附件，钎焊设备采用钎焊工艺将承载底座焊接固定于风电塔筒上；

焊丝，焊丝用于钎焊工艺焊接固定承载底座。

进一步，焊接设备平台包含：四轴或五轴机械臂，在四轴或五轴机械臂上安装钎焊设备，用于带动钎焊设备移动焊接固定承载底座和风电塔筒。

进一步，焊接设备平台包含：

钎焊设备支架，钎焊设备支架设置在风电塔筒上；

轨道，轨道设置在钎焊设备支架上，轨道围绕承载底座布置；

驱动装置，驱动装置活动设置在轨道上，在驱动装置上安装钎焊设备，驱动装置与钎焊设备电性连接，用于带动钎焊设备沿轨道移动焊接固定承载底座和风电塔筒。

进一步，钎焊设备支架的底部设有若干磁吸固定器，用于将钎焊设备支架固定于风电塔筒上。

进一步，钎焊设备支架上设有定位器，用于标记承载底座的安装位置。

进一步，钎焊设备包含：

焊接器，焊接器设置在焊接设备平台上，焊接器与焊丝相连，用于将承载底座焊接固定在风电塔筒上；

控制器，控制器与焊接器、焊接设备平台电性连接，用于控制焊接器与焊接设备平台工作，并与外部通信；

信息采集装置，信息采集装置设置在焊接器上，信息采集装置与控制器进行实时信息交互，用于获取承载底座与风电塔筒之间的焊缝状态信息并将焊缝状态信息传递至控制器。

进一步，信息采集装置采用工业相机获取承载底座与风电塔筒之间的焊缝状态信息，并将焊缝状态信息传递至控制器。

进一步，焊接器为激光焊接器或电弧焊接器。

进一步，激光焊接器为便携式风冷智能光纤激光手持焊机。

进一步，焊丝为铜硅三焊丝。

根据本发明实施例的风电塔筒内附件的可控相变紧固方法及其紧固系统，创造性地将钎焊工艺用于风电塔筒内附件的紧固，不仅实现了内附件的有效紧固，而且对风电塔筒基材的疲劳强度影响极小，降低了风电塔筒的全生命周期成本，经济效益显著。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

图1为根据本发明实施例的风电塔筒内附件的可控相变紧固方法的步骤流程图；

图2为图1中步骤S1的子步骤的流程图；

图3为图1中步骤S3的子步骤的流程图；

图4为根据本发明实施例一的风电塔筒内附件的可控相变紧固系统的原理图（隐去承载底座）；

图5为将承载底座焊接至风电塔筒的基材上的作业示意图（隐去承载底座的螺柱）；

图6为根据本发明实施例二的风电塔筒内附件的可控相变紧固系统的原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。

首先，将结合图1~5描述根据本发明实施例的风电塔筒内附件的可控相变紧固方法及其紧固系统，用于将内附件安装在风电塔筒上，应用前景极佳。

如图1~3所示，本发明实施例的风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，包含如下步骤：

在S1中，如图1所示，制作承载底座。

进一步，制作承载底座，如图2所示，包含如下子步骤：

在S11中，加工金属板材，获得底板，底板将被采用钎焊工艺焊接至风电塔筒上。在本实施例中，采用激光切割工艺切割金属板材，获得厚度不小于5mm的底板，并确保底板切面的光洁度和垂直度，以保证焊接质量；同时，底板的形状采用矩形或圆形，便于后续步骤钎焊工艺的执行，本实施例通过选用不同形状及尺寸的的底板，以便在应用钎焊工艺的前提下保证承载底座与风电塔筒之间的结合强度符合内附件的紧固需求，最大程度上避免了在焊接过程中对风电塔筒的局部造成融化再凝固，提高了内附件的紧固效果。

在S12中，在底板上设置螺柱，完成承载底座的制作，螺柱用于固定内附件，在本实施例中，螺柱采用焊接方式固定在底板上，保证连接强度。

进一步，在承载底座的表面镀锌，防止承载底座生锈，保证承载底座在制作至安装现场的时间段内不生锈。

在S2中，如图1所示，将承载底座初步固定至内附件的安装位置，其包含如下子步骤：

在S21中，如图3所示，将钎焊设备设置到内附件的安装位置，同时可为承载底座的安装提供定位依据。

在S22中，如图3所示，将承载底座固定至内附件的安装位置，在本实施例中，可在承载底座的底部均匀贴敷若干条胶条，再将贴敷有若干条胶条的承载底座粘接固定至内附件的安装位置，便于安装，节省现场安装人力。

进一步，在本实施例中，在固定承载底座前，对内附件在风电塔筒上的安装位置的表面进行预处理，打毛以提高表面粗糙度。

在S3中，如图1所示，采用钎焊工艺将承载底座焊接固定于内附件的安装位置。在本实施例中，钎焊工艺的焊接方式为电弧钎焊或激光钎焊，即钎焊工艺可以选用激光焊或电弧焊作为热源，焊丝选用铜基合金材料，优选地，选用铜硅三焊丝。进一步，选用铜硅三焊丝应用于钎焊工艺进行焊接时，无需磨去承载底座表面的镀锌，大大节省了现场安装的时间和成本，经济效益显著，同时，最大程度避免了融化风电塔筒基材。

在本实施例中，经过对各种焊丝材质的焊接试验，结合微量元素分析，最终排除其他焊丝材质选用铜基合金材料，不仅熔点、拉伸强度符合要求，且无需对风电塔筒进行预热，毕竟不可能对长达40米的风电塔筒在现场预热，且工人身体无法承受，从而保证了钎焊工艺在紧固现场的施工可能。

进一步，当采用电弧焊作为热源时，承载底座焊接至风电塔筒后，需进一步敲击焊脚或对焊脚采取去应力热处理，而采用激光焊作为热源时，无需此步骤。

在本实施例中，采用钎焊工艺焊接时，焊接路线为“之”字形走位进行焊接。

在S4中，如图1所示，将内附件固定至承载底座上，在本实施例中，内附件上将开设与螺柱相匹配的螺纹孔，直接拧接即可，安装便捷、易于维护和更换。

在本实施例中，使用者可以采用机械臂带动钎焊设备进行位移的方式，也可以采用驱动装置22带动钎焊设备在预设轨道11上位移的方式来实施钎焊工艺，进而实现将承载底座3自动焊接至风电塔筒5上。

以上，参照图1~3描述了根据本发明实施例的风电塔筒内附件的可控相变紧固方法。进一步地，本发明还可应用于风电塔筒内附件的可控相变紧固系统。

如图4~5所示，本发明实施例的风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，包含：焊丝4、钎焊设备平台、承载底座3与钎焊设备。

具体地，如图4~5所示，在焊接设备平台上安装钎焊设备，用于为钎焊设备提供工作焊接平台；承载底座3用于安装风电塔筒5内附件，钎焊设备采用钎焊工艺将承载底座3焊接固定于风电塔筒5上；焊丝4用于钎焊工艺焊接固定承载底座3。

进一步，如图6所示，焊接设备平台包含：四轴或五轴机械臂12，在四轴或五轴机械臂12上安装钎焊设备，用于带动钎焊设备移动焊接固定承载底座3和风电塔筒5。

进一步，如图4~5所示，焊接设备平台包含：钎焊设备支架1、轨道11与驱动装置22，钎焊设备支架1设置在风电塔筒5上；轨道11设置在钎焊设备支架1上，轨道11围绕承载底座3布置；驱动装置22活动设置在轨道11上，在驱动装置22上安装钎焊设备，驱动装置22与钎焊设备电性连接，用于带动钎焊设备沿轨道11移动焊接固定承载底座3和风电塔筒5。

进一步，如图4~5所示，钎焊设备支架1的底部设有若干磁吸固定器（图上未示出），用于将钎焊设备支架1固定于风电塔筒5上，方便现场工人对施工位置进行定位，对钎焊设备进行固定，提高了现场的工作效率，减轻了现场的负担。

进一步，钎焊设备支架1上设有定位器，定位器为数字标尺或激光锚点标尺，用于标记承载底座3的安装位置。

进一步，如图4~5所示，钎焊设备包含：焊接器21、驱动装置22、信息采集装置24与控制器23；控制器23控制驱动装置和焊接器21执行自动焊接动作，或控制器23控制四轴或五轴机械臂12与焊接器21执行自动焊接动作，信息采集装置24用于采集承载底座3与风电塔筒5之间的焊缝状态信息并将其传递至控制器23，以供诊断焊接质量。具体地，焊接器21与焊丝4相连，采用钎焊工艺将承载底座3焊接固定在风电塔筒5上，最大程度避免了风电塔筒5的基材局部融化，无需为补偿其疲劳强度而增加基材壁厚，降低了风电塔筒5全生命周期内的制造、运输和维护等总成本，经济效益显著；信息采集装置24设置在焊接器21上，信息采集装置24与控制器23进行实时信息交互，用于获取承载底座3与风电塔筒5之间的焊缝状态信息并将焊缝状态信息5传递至控制器23，控制器23根据焊缝状态信息规划焊接路径，控制焊接器21将承载底座3焊接至风电塔筒5上，提升焊接质量。

如图4~5所示，在本实施例中，驱动装置22通过若干滑轮221在轨道11上移动，驱动装置22通过电机或其他动力驱动器驱动若干滑轮221以带动焊接器21进行移动焊接。

进一步，在本实施例中，信息采集装置24采用设置在焊接器21上的工业相机（图上未示出）进行信息采集，获取承载底座3与风电塔筒5之间的焊缝状态信息，再通过有线或无线通讯，与控制器23进行实时通讯，以供控制器23根据焊缝状态信息规划焊接器21的焊接路径，提升焊接质量和效率。

进一步，如图4~5所示，焊接器21选用激光焊接器或电弧焊接器，优选地，选用激光焊接器，而在激光焊接器中优选使用便携式风冷智能光纤激光手持焊机，当采用激光焊接器进行钎焊时，作业人员无需敲击焊脚或对去应力热处理，降低了内附件紧固作业的人工成本。

进一步，如图4~5所示，焊丝4为铜基合金材料，优选使用铜硅三焊丝，不仅保证承载底座3与风电塔筒5之间的焊接固定效果，还不会融化基材，在将承载底座3焊接固定到风电塔筒5上时，选用铜硅三焊丝焊接表面镀锌的承载底座3时可有效规避锌的不均匀挥发带来气孔的缺陷，无需去除承载底座3焊接位置的镀锌层便可完成焊接，同时最大程度上避免了风电塔筒5基材的局部融化。

优选地，在本实施例中，通过选用铜硅三焊丝以及通过控制器23实时调节控制以激光焊作为热源的焊接器21的位移速度、焊接输出功率、焊丝输送速度以及保护气的气流量来使焊接温度保持在高于焊丝的液相线且低于母材的固相线的区间内，最终实现承载底座3与风电塔筒5的可控相变紧固。

实施例一，当设备运行时，使用者将承载底座3按照定位器的定位标记粘贴固定至风电塔筒5的基材上，工业相机对承载底座3与基材之间的焊接缝隙状态信息进行实时采集，再采用有线或无线通信方式将焊接缝隙状态信息实时传递至控制器23，控制器23根据焊接缝隙状态信息制定焊接路线，并依照焊接路线控制驱动装置22与焊接器21运行，驱动装置带动焊接器21沿轨道11移动焊接承载底座3与风电塔筒，在此期间，控制器23根据焊接缝隙状态信息对焊接器21的输出功率、焊丝4的送丝速度以及保护气的气流量进行控制，以达到最佳焊接效果。

实施例二，当设备运行时，使用者将承载底座3粘贴固定至风电塔筒5的基材上，工业相机对承载底座3与基材之间的焊接缝隙状态信息进行实时采集，再采用有线或无线通信方式将焊接缝隙状态信息实时传递至控制器23，控制器23根据焊接缝隙状态信息制定焊接路线，并依照焊接路线控制机械臂与焊接器21运行，机械臂带动焊接器21按照焊接路线移动焊接承载底座3与风电塔筒，在此期间，控制器23根据焊接缝隙状态信息对焊接器21的输出功率、焊丝4的送丝速度以及保护气的气流量进行控制，以达到最佳焊接效果。

以上，参照图1~5描述了根据本发明实施例的风电塔筒内附件的可控相变紧固方法及其紧固系统，创造性地将钎焊工艺用于风电塔筒内附件的紧固，不仅实现了内附件的有效紧固，而且对风电塔筒基材的疲劳强度影响极小，降低了风电塔筒的全生命周期成本，经济效益显著。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (20)

1.一种风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，用于固定风电塔筒内附件，其特征在于，包含如下步骤：

制作承载底座；

将所述承载底座初步固定至所述内附件的安装位置；

采用钎焊工艺将所述承载底座焊接固定于所述内附件的安装位置；

将所述内附件固定至所述承载底座上。

2.如权利要求1所述风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，其特征在于，制作承载底座包含如下子步骤：

加工金属板材，获得底板，所述底板将用于与所述风电塔筒焊接固定；

在所述底板上设置螺柱，获得承载底座，所述螺柱用于固定所述内附件。

3.如权利要求2所述风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，其特征在于，所述底板的厚度不小于5mm。

4.如权利要求2所述风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，其特征在于，所述底板为方形或圆形。

5.如权利要求1所述风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，其特征在于，所述承载底座的表面镀锌。

6.如权利要求1所述风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，其特征在于，初步固定所述承载底座前，对所述内附件在所述风电塔筒上的安装位置的表面进行预处理，提高表面粗糙度。

7.如权利要求1所述风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，其特征在于，初步固定所述承载底座包含如下子步骤：

将钎焊设备设置到所述内附件的安装位置；

将所述承载底座固定至所述内附件的安装位置。

8.如权利要求1或7所述风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，其特征在于，所述钎焊的焊接方式为电弧钎焊或激光钎焊。

9.如权利要求8所述风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，其特征在于，采用电弧钎焊将所述承载底座焊接至所述风电塔筒后，敲击焊脚或对焊脚采取去应力热处理。

10.如权利要求1所述风电塔筒内附件的可控相变紧固方法，其特征在于，所述钎焊工艺采用的焊丝为铜硅三焊丝。

11.一种风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，用于固定风电塔筒内附件，其特征在于，包含：

钎焊设备；

焊接设备平台，在所述焊接设备平台上安装所述钎焊设备，用于为所述钎焊设备提供工作焊接平台；

承载底座，所述承载底座用于安装所述风电塔筒内附件，所述钎焊设备采用钎焊工艺将所述承载底座焊接固定于所述风电塔筒上；

焊丝，所述焊丝用于钎焊工艺焊接固定所述承载底座。

12.如权利要求11所述风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，其特征在于，所述焊接设备平台包含：四轴或五轴机械臂，在所述四轴或五轴机械臂上安装所述钎焊设备，用于带动所述钎焊设备移动焊接固定所述承载底座和所述风电塔筒。

13.如权利要求11所述风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，其特征在于，所述焊接设备平台包含：

钎焊设备支架，所述钎焊设备支架设置在所述风电塔筒上；

轨道，所述轨道设置在所述钎焊设备支架上，所述轨道围绕所述承载底座布置；

驱动装置，所述驱动装置活动设置在所述轨道上，在所述驱动装置上安装所述钎焊设备，所述驱动装置与所述钎焊设备电性连接，用于带动所述钎焊设备沿所述轨道移动焊接固定所述承载底座和所述风电塔筒。

14.如权利要求13所述风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，其特征在于，所述钎焊设备支架的底部设有若干磁吸固定器，用于将所述钎焊设备支架固定于所述风电塔筒上。

15.如权利要求13所述风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，其特征在于，所述钎焊设备支架上设有定位器，用于标记所述承载底座的安装位置。

16.如权利要求11所述风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，其特征在于，所述钎焊设备包含：

焊接器，所述焊接器设置在所述焊接设备平台上，所述焊接器与所述焊丝相连，用于将所述承载底座焊接固定在所述风电塔筒上；

控制器，所述控制器与所述焊接器、所述焊接设备平台电性连接，用于控制所述焊接器与所述焊接设备平台工作，并与外部通信；

信息采集装置，所述信息采集装置设置在所述焊接器上，所述信息采集装置与所述控制器进行实时信息交互，用于获取所述承载底座与所述风电塔筒之间的焊缝状态信息并将所述焊缝状态信息传递至所述控制器。

17.如权利要求16所述风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，其特征在于，所述信息采集装置采用工业相机获取所述承载底座与所述风电塔筒之间的焊缝状态信息，并将所述焊缝状态信息传递至所述控制器。

18.如权利要求16所述风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，其特征在于，所述焊接器为激光焊接器或电弧焊接器。

19.如权利要求18所述风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，其特征在于，所述激光焊接器为便携式风冷智能光纤激光手持焊机。

20.如权利要求11所述风电塔筒内附件的可控相变紧固系统，其特征在于，所述焊丝为铜硅三焊丝。

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