有关风电塔筒法兰焊接措施的分析
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摘要：在风力发电高塔中，塔筒是最基础的大型部件。由于塔筒的体积过大，因此在制作时，必须将塔筒划分成多段。在完成塔筒制作后，要通过法兰焊接技术将塔筒各部分连接起来，然后才能进行组装发电机组。在进行法兰焊接时，如果没有控制好操作手法和技术细节，很有可能会造成法兰变形情况。为了提高塔筒焊接施工的质量，使风电塔在建成后能够安全、平稳地运行，本文笔者对法兰焊接的优化方式进行了深入分析。
关键词：风电塔 法兰焊接 优化措施
中图分类号： TG457 文献标志码 A
1.前言
将风能转化为电能供城市居民及生产工厂使用，不但能够控制环境污染、减少煤矿用量，还能优化城市的能源结构，推进城市能源循环系统的发展。通常一组完善的风电机能够使用20年左右。一风电系统中包含着许多塔架，这些塔架底层直径均超过4米，风电塔的厚度约10-40毫米。塔筒是一种常见的塔架，这种塔架在日常使用中十分便于维护，且外观简洁、结构稳固。焊接施工是制造塔筒的重要环节，因此必须控制好法兰焊接，才能保障风电塔的制造治疗。
2.塔筒制造工程中法兰焊接的操作方式
在进行焊接操作时，为了将塔筒和法兰焊的变形情况控制在设计规范内，通常技术人员都会采用从零到整的焊接顺序，先把单体法兰和塔架上的环焊缝把和焊接完成，然后再焊接塔筒内部焊缝。通常法兰焊接要经历三道工序，第一个工序是焊接塔筒的内围，并通过碳弧气刨对塔筒外部进行清根并做出直角坡口。使用砂轮工具打磨直角坡口。第二、第三道工序都在塔架的外部实施。为了使塔架能够承担沉重的载荷，法兰焊接的缝隙必须有足够的强度与韧性。在结束焊接工序后，主要针对基础环下法兰后钢板的焊接。消氢工序的温度应控制在200-350℃之间，每次消氢必须持续120分钟[2]。总之，在对法兰和塔架进行焊合拼接时，必须控制好焊接施工涉及的各项参数，这样才能保障风电塔的建设质量。表1为法兰焊接施工的详细参数设置。
表1 法兰焊接施工的参数设置
焊层 电流（A） 电压（V） 速度（m/h）
1 560-650 31-36 21-37
2 560-650 32-35 21-37
3 540-600 31-34 21-30
3风电塔塔架焊接施工存在的缺陷
3.1 常规焊接施工方式工作量过大
常规法兰焊接的施工方向是自外而内，然后再对塔筒的内部进行清根。但自外而内的焊接方式会增加清根工序的难度。由于在清根时塔筒已经完成焊接，因此要使用车轮对坡口进行打磨十分困难，会增加技术人员的工作量，延长施工时间。
3.2常规焊接方式不利于提高塔筒质量
采用常规焊接方式对法兰和塔架进行焊接后，内部清根、打磨工序的操作难度大，因此如果清根工序操作不当，就很有可能影响坡口的形状，还会使坡口出现加工痕迹。如果坡口严重变形或加工痕迹过于明显，就会降低法兰焊接的施工质量，导致焊接部位冒出气泡。在进行焊接施工时，施工过程的各种参数都会对法兰角成型造成影响，如果法兰角成型不统一，就会降低风电塔的建设质量和使用性能。
4.优化风电塔塔架法兰焊接工序的方法
4.1运用埋弧技术对法兰和风电塔的塔架进行焊合衔接
选用埋弧设备对法兰进行焊接，可以加强焊接强度。在实施热处理时，应选用能够通过计算机控制温度的热处理设备，同时热处理设备上还要配备自动调温装置。正式焊接法兰之前，必须先进行预热处理，预热温度应根据实际需要调节，通常在90-130℃左右[3]。
4.2度量焊接部位的尺寸确保塔架与法兰的衔接长度达标
先测量塔架筒节部位和法兰相连的长度，再根据测量所得的数据确定焊工装的尺寸。只有精确控制焊接部位的尺寸，才能准确知悉工装的斜角，确保法兰焊接工序的质量，使法兰焊接更为稳固。工装的斜角关系到塔架法兰焊接施工的质量，因此在对焊接部位进行测算时，必须注意下述两个关键点：（1）控制好工装夹具倾斜角，斜角度数应符合塔架焊接的技术要求。如果斜角过大，在焊合塔架时，塔架会出现晃动，增加焊接施工的危险性和困难性，影响塔筒成型的效果和焊接质量。如果夹具斜角太小，就会焊接头的倾斜程度造成干扰，局限焊接丝延展长度，增加塔架和法兰衔接的难度，影响法兰焊接质量。依据笔者多年参与塔架建设的经验，工装斜角最适当的角度应为25°―30°。将角度控制在这个范围内能够提升塔架的稳固性。
4.3采取组合拼装焊接方法，对法兰和塔架焊接进行质量控制
风电塔建造人员在对塔架的工装进行设计规划时，必须充分考虑法兰焊接设计的各项技术数据，每项技术数据都有可能对塔架工装的制造效果造成影响。在风电塔投入使用后一段时间，塔架和法兰之间的焊合部位通常会出现缝隙和裂痕，这些缝隙会对法兰焊接效果和风电塔的建造质量造成影响。加入焊接部位的间隙太大，工装就无法发挥效果。为了防止法兰焊接部位出现缝隙，技术人员可以适当调节焊接角度，使工装能够发挥出计划中的效果。在焊接法兰时，必须控制好各项焊接参数，如线能量、焊接电流、焊接速度、焊丝尺寸等，尤其是在各个筒节和法兰的厚薄程度不同时，更要对各项参数进行眼科（视觉）控制，使各个焊接环节能够完美配合，这样才能降低焊接施工的困难度，提高风电塔的建设质量，保障施工安全。同时，为了控制焊缝，技术人员在开展法兰焊接施工之前，要对焊缝进行检查，如果焊缝生锈或有污染物附着，技术人员必须清除焊缝行的锈迹，并清除污染物。在开展法兰焊接施工的同时，技术人员不能忽视清洁层间的工作。如果没有处理好清洁层间的工作，法兰焊接工序就会受到干扰。对层间进行清洁处理后，必须通过手弧焊修复层间才能继续法兰焊接施工。
4.4改进塔筒法兰焊接工艺
首先，选择内侧位置作为管节和法兰的坡口区域，科学选择接头参数，合理安排焊接顺序，保证塔筒法兰焊接工作的有序开展。顺利将管节和法兰进行焊接，结束作业之后，可视具体情况开展火焰整形，促进塔架生产速度提高的同时，保证塔筒法兰焊接的角变形情况与设计规范相符，提升焊接质量。其次，在实施管节与法兰焊接的过程中，优先找出外侧对组对时存在间隙的位置开展封焊操作，而针对不存在间隙的部位则无需进行焊接。改进之后的焊接工艺不需要再另外实施手工焊打底，可在间隙封焊完成之后开展内侧焊接，并针对外侧实施清根处理，之后根据规定要求实施打磨处理，认真清理焊接缝隙中的残留物，清理完毕后开展外侧焊缝焊接，完成外侧焊接工作后再接着进行内侧焊接，通过这种交替式的焊接工艺，提高焊接工作的效率，并保障焊接质量。
4.5运用对把固定法控制法兰角变形
要想确保法兰焊接完毕后能够符合塔架制造的技术要求和条件，我们在对法兰把紧进行连接处理时，应增加2毫米至3毫米厚的垫片，用于控制焊接过程中发生的变形，选择超过6个以上厚度的垫片，使用定位销将6个垫片进行两两连接，根据法兰内圆圆周进行平均分布；顶法兰把紧的过程中，增加厚度在1.5毫米到2.0毫米之间的垫片，用来开展焊接变形调控，选用的垫片数目约为6个，同样使用定位销将选用的垫片进行两两连接，并根据法兰内圆圆周进行均匀分布；尽量确保法兰把紧处于对称状态，保证施力平均，并力求法兰外缘能够实现紧密结合。之所以使用定位销，是为了方面后期拆卸，并根据组对工艺开展组对工作，有效调整和控制间隙量，缓解法兰出现波浪变形。
5.结束语
总之，对风电塔塔架的法兰焊接工艺进行优化能够有效提升风力发电效率，提高风电场日常运作的安全性，节约人力和资金成本，提升塔架的建设质量。对法兰焊接实施优化可以防范焊接部位出现变形情况，确保塔架外部美观、内部质量优良。在对法兰焊接工序实施优化时，必须全面考虑风电场的内部运作状况、外部环境和风力供电标准，结合实际采取适当措施对塔架的法兰焊接进行改良。
参考文献：
[1] 李义峰.分析风力发电机组塔筒焊接制作工艺[J].低碳世界.2013，（07）：112-113。
[2] 孙立一.浅谈塔筒大直径带颈锻造法兰焊接变形控制[J].中国新技术新产品.2012，（08）：58-59。
[3] 孔凡强.风电塔筒法兰焊接变形控制的工艺措施[J].现代制造技术与装备.2011，（03）：71-72。