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摘要：风力发电项目建設中，风电塔架是非常重要的基础性工程，塔架对风电机组起着重要的支撑作用，同时还要求其能够有效吸收机组的振动作用，避免振动对风电机组造成损坏。由于风机塔架对于承载力的要求非常高，因此在焊接过程必须要保证焊接质量，同时还要避免塔架出现变形对其尺寸和精度造成影响。因此，在低温风机塔架焊接施工中，要采取合理措施提升焊接质量，避免塔架变形状况的发生。
关键词;风机塔架;焊机施工;变形控制
绿色环保理念下，风力发电被提上了日程，全世界各个国家都在强化风力发电的开发工作，我国也走在了世界的前沿，加强了风力发电机组的建设研究。塔架是风力发电机组支撑结构塔架的重要构成部件，制作过程主要是焊接，因为是大厚钢板的焊接，对其产品有着非常特殊性的要求，有着非常严格的焊接条件，一旦发生形变，就会对整个塔架造成多方面的影响，包括：塔架筒节的直线度、椭圆度、架底法兰的平面度、减小了筒节的刚度以及承载能力的下降等问题。因此我们需要从塔架焊接变形进行分析，并采取针对性的焊接工艺。
1 选择适合塔架焊接方法与材料
当前有 CO2焊、焊条焊、氩弧焊、气焊和埋弧焊这几种焊接方式，每个焊接方式适合不同的焊接材质。风电机组塔架作为一种由低合金结构钢材料制作的结构，特别适合用 CO2焊、焊条焊和埋弧焊，氩弧焊并不适合，氩弧焊主要用于铝及铝合金、钛及钛合金、铜及铜合金、镁及镁合金和高温合金等材料的焊接。但是风力发电机组塔架的门框与筒体的结构特殊，焊接途径是椭圆形走势，埋弧焊就无法有效进行实施，可以采用 CO2焊、焊条焊。在门框与筒体焊接中 CO2焊相比焊条焊有着比较大的优势，CO2焊能够实现持续自主送丝、外表不留熔渣、高熔深、焊接迅速、小变形等特点，所以在门框与筒体焊接的接头处采用 CO2气体保护焊比较合适。考虑到风机塔架焊接工程量比较大，且对接焊缝非常多，因此，可以选择使用埋弧自动焊焊接方式，这不但能够提升风机塔架焊接效率，同时也减少了焊接人员工作量。
在使用埋弧焊对风机塔架进行焊接时，焊接材料是影响焊接质量的重要因素之一。在焊接材料选择过程中，材料强度、塑性以及韧性等性能都需要进行充分考量。在低温环境下对风机塔架进行焊接时，要确保焊缝金属具有不低于母材的韧性比保证强度性能更为重要。
塔架主材选择使用Q345E对焊缝的低温冲击韧性要求严格，因此焊接过程中必须要对焊丝、焊剂组配进行科学合理的搭配，这样有助于进一步提升焊接接头的低温韧性。结合国内焊接材料的生产和同类钢板材质焊接的成果，选择的埋弧焊焊接材料为：焊丝H10Mn2，焊丝直径为4.0mm，符合GB/T12470—2003。
在选择焊剂时，考虑低温环境下焊剂的碱度会对材质的韧性具有较大的影响，焊缝中的氧化物是降低冲击韧性的主要夹杂物，降低焊缝含氧量可以明显提高其韧性，而焊缝金属的含氧量与焊剂的碱度有关。碱度越大，焊缝中的含氧量越低，焊缝金属的冲击韧性越高。所以经过对比分析焊剂选用烧结焊剂SJ101。
2 风电塔架焊接变形的矫正和控制
风机塔架焊接过程中，如果变形超出规定范围，那么就会导致质量问题，所以在焊接过程中必须对焊缝进行有效控制。
2.1 测量焊接变形
在风电塔架焊接过程中，在焊接过程中，大直径平焊发生变形的情况一般有三种，即焊接筒体变形、端面变形和直径变形。在将筒体与法兰焊接的过程中，由于焊接零部件直径较大，焊接一圈的时间也较长，冷却速度较快，因此实际生产中焊缝融合区可能会受到影响，整体上受热不均，容易发生收缩形变，影响最终品质。此外，在进行双面连续焊接的过程中，冷却阶段时焊接区域也可能会承受环向收缩应力，在长时间的较大应力作用下，可能会发生平面的变形。最后，对焊缝进行环形焊接时，焊缝的收缩量较大，可能会导致已有的变形更加严重。当其发生变形时，会导致风电塔架的尺寸过大，远远超过设计值，与计划严重不符，可能导致设备报废等问题。
2.2 板材焊接变形
在风电塔架的焊接制造过程中，可根据其变形的严重程度对变形现象进行分类，划分为整体变形与局部变形。前者多于焊接后发生，会改变塔架结构与比例，致使产品不符合设计要求;而后者又能够根据变形的特征进行分类，其最主要的诱因是未能控制好焊接参数、焊缝数量、材料本身性能等。焊接薄板时，热扩散率和线膨胀系数等都可能会影响变形结果，通过多次实验与在实践中积累的经验可知，不锈钢板变形的情况要比碳钢板严重许多。薄板的材料横截面积一般不会太大，焊接层数也不多，理论上，这无影响，但实际上由于焊层较少，为了能够提高工作效率、节省时间、省去诸多麻烦，工作人员一般会调高焊接的电流与电弧电压，简化工作流程，达到一次成型的目标，但这种投机取巧的作法会加大焊接出现严重变形的概率。经分析，焊接的速度与所用电流大小呈现正相关，电流与变形也具有正比关系，因此，焊接时应当控制电流参数，避免薄板焊接发生大面积变形。
另外，在采用对称焊接对塔架材料进行焊接时，要尽可能的减少热输入，使其层间空度位于150℃以下，这样不但有助于进一步提升焊接接头的低温韧性，同时还能够有效降低塔架的变形量。如果钢板厚度超过18mm，那么就必须采用多层焊接的方式对其进行焊接，在对法兰与筒体进行焊接时，在其对接焊缝内侧必须多层多道焊焊接，这种焊接方式，前一道焊缝对后一道焊缝来讲能够起到“预热”作用，后一道焊缝又能够对前一道焊缝起到“后热处理”作用，从而使整个焊接过程的应力分布更加合理，在保障焊接质量的同时避免焊接部分出现变形。
2.3 风电塔架变形控制
2.3.1 做好散热
引发焊接变形的一个重要因素就是受热不均匀或者温度过高，因此，应采用多种方法进行散热，使焊接处温度降低，减少变形问题。可使用诸如二氧化碳焊机等既能高效且自带散热功能的设备，也可以加装具备散热功能的构件。
2.3.2 留有富余量
在实际生产中，可以在设计方案规定的基础上增添用料，补偿焊件的收缩，还可以根据实际情况进行局部零件的缩放，并对诸如焊缝尺寸、层数、工艺流程、坡口角度等进行调整，灵活地确定风电塔架各部分的尺寸。
4 结语
综上所述，在低温环境下对风机塔架焊接施工过程中，需要充分考虑刚才的各项性能指标，比如对于Q345E钢材来讲，由于其具备一定的淬硬倾向，所以在实际焊接工艺选择时，需要对其进行充分考虑。另外，对风机塔架焊接变形控制也是非常重要的一项工作，一般来讲，可以选择通过使用做好散热、留有富余量、对称焊接等手段来对塔架变形进行有效控制。
参考文献
[1]郭文辉，贾勤飞.风机塔架S420NL高强钢埋弧焊接头性能研究[J].焊接技术，2019，48（12）：4-6.
[2]张福林，郭文辉，张强.海外风机塔架焊接质量管理[J].焊接技术，2017，46（02）：76-80.
[3]钟艺谋，朱锴年.低温风机塔架焊接与变形控制[J].中国高新技术企业，2013（21）：70-73.
南京风电科技有限公司
关键词;风机塔架;焊机施工;变形控制
绿色环保理念下，风力发电被提上了日程，全世界各个国家都在强化风力发电的开发工作，我国也走在了世界的前沿，加强了风力发电机组的建设研究。塔架是风力发电机组支撑结构塔架的重要构成部件，制作过程主要是焊接，因为是大厚钢板的焊接，对其产品有着非常特殊性的要求，有着非常严格的焊接条件，一旦发生形变，就会对整个塔架造成多方面的影响，包括：塔架筒节的直线度、椭圆度、架底法兰的平面度、减小了筒节的刚度以及承载能力的下降等问题。因此我们需要从塔架焊接变形进行分析，并采取针对性的焊接工艺。
1 选择适合塔架焊接方法与材料
当前有 CO2焊、焊条焊、氩弧焊、气焊和埋弧焊这几种焊接方式，每个焊接方式适合不同的焊接材质。风电机组塔架作为一种由低合金结构钢材料制作的结构，特别适合用 CO2焊、焊条焊和埋弧焊，氩弧焊并不适合，氩弧焊主要用于铝及铝合金、钛及钛合金、铜及铜合金、镁及镁合金和高温合金等材料的焊接。但是风力发电机组塔架的门框与筒体的结构特殊，焊接途径是椭圆形走势，埋弧焊就无法有效进行实施，可以采用 CO2焊、焊条焊。在门框与筒体焊接中 CO2焊相比焊条焊有着比较大的优势，CO2焊能够实现持续自主送丝、外表不留熔渣、高熔深、焊接迅速、小变形等特点，所以在门框与筒体焊接的接头处采用 CO2气体保护焊比较合适。考虑到风机塔架焊接工程量比较大，且对接焊缝非常多，因此，可以选择使用埋弧自动焊焊接方式，这不但能够提升风机塔架焊接效率，同时也减少了焊接人员工作量。
在使用埋弧焊对风机塔架进行焊接时，焊接材料是影响焊接质量的重要因素之一。在焊接材料选择过程中，材料强度、塑性以及韧性等性能都需要进行充分考量。在低温环境下对风机塔架进行焊接时，要确保焊缝金属具有不低于母材的韧性比保证强度性能更为重要。
塔架主材选择使用Q345E对焊缝的低温冲击韧性要求严格，因此焊接过程中必须要对焊丝、焊剂组配进行科学合理的搭配，这样有助于进一步提升焊接接头的低温韧性。结合国内焊接材料的生产和同类钢板材质焊接的成果，选择的埋弧焊焊接材料为：焊丝H10Mn2，焊丝直径为4.0mm，符合GB/T12470—2003。
在选择焊剂时，考虑低温环境下焊剂的碱度会对材质的韧性具有较大的影响，焊缝中的氧化物是降低冲击韧性的主要夹杂物，降低焊缝含氧量可以明显提高其韧性，而焊缝金属的含氧量与焊剂的碱度有关。碱度越大，焊缝中的含氧量越低，焊缝金属的冲击韧性越高。所以经过对比分析焊剂选用烧结焊剂SJ101。
2 风电塔架焊接变形的矫正和控制
风机塔架焊接过程中，如果变形超出规定范围，那么就会导致质量问题，所以在焊接过程中必须对焊缝进行有效控制。
2.1 测量焊接变形
在风电塔架焊接过程中，在焊接过程中，大直径平焊发生变形的情况一般有三种，即焊接筒体变形、端面变形和直径变形。在将筒体与法兰焊接的过程中，由于焊接零部件直径较大，焊接一圈的时间也较长，冷却速度较快，因此实际生产中焊缝融合区可能会受到影响，整体上受热不均，容易发生收缩形变，影响最终品质。此外，在进行双面连续焊接的过程中，冷却阶段时焊接区域也可能会承受环向收缩应力，在长时间的较大应力作用下，可能会发生平面的变形。最后，对焊缝进行环形焊接时，焊缝的收缩量较大，可能会导致已有的变形更加严重。当其发生变形时，会导致风电塔架的尺寸过大，远远超过设计值，与计划严重不符，可能导致设备报废等问题。
2.2 板材焊接变形
在风电塔架的焊接制造过程中，可根据其变形的严重程度对变形现象进行分类，划分为整体变形与局部变形。前者多于焊接后发生，会改变塔架结构与比例，致使产品不符合设计要求;而后者又能够根据变形的特征进行分类，其最主要的诱因是未能控制好焊接参数、焊缝数量、材料本身性能等。焊接薄板时，热扩散率和线膨胀系数等都可能会影响变形结果，通过多次实验与在实践中积累的经验可知，不锈钢板变形的情况要比碳钢板严重许多。薄板的材料横截面积一般不会太大，焊接层数也不多，理论上，这无影响，但实际上由于焊层较少，为了能够提高工作效率、节省时间、省去诸多麻烦，工作人员一般会调高焊接的电流与电弧电压，简化工作流程，达到一次成型的目标，但这种投机取巧的作法会加大焊接出现严重变形的概率。经分析，焊接的速度与所用电流大小呈现正相关，电流与变形也具有正比关系，因此，焊接时应当控制电流参数，避免薄板焊接发生大面积变形。
另外，在采用对称焊接对塔架材料进行焊接时，要尽可能的减少热输入，使其层间空度位于150℃以下，这样不但有助于进一步提升焊接接头的低温韧性，同时还能够有效降低塔架的变形量。如果钢板厚度超过18mm，那么就必须采用多层焊接的方式对其进行焊接，在对法兰与筒体进行焊接时，在其对接焊缝内侧必须多层多道焊焊接，这种焊接方式，前一道焊缝对后一道焊缝来讲能够起到“预热”作用，后一道焊缝又能够对前一道焊缝起到“后热处理”作用，从而使整个焊接过程的应力分布更加合理，在保障焊接质量的同时避免焊接部分出现变形。
2.3 风电塔架变形控制
2.3.1 做好散热
引发焊接变形的一个重要因素就是受热不均匀或者温度过高，因此，应采用多种方法进行散热，使焊接处温度降低，减少变形问题。可使用诸如二氧化碳焊机等既能高效且自带散热功能的设备，也可以加装具备散热功能的构件。
2.3.2 留有富余量
在实际生产中，可以在设计方案规定的基础上增添用料，补偿焊件的收缩，还可以根据实际情况进行局部零件的缩放，并对诸如焊缝尺寸、层数、工艺流程、坡口角度等进行调整，灵活地确定风电塔架各部分的尺寸。
4 结语
综上所述，在低温环境下对风机塔架焊接施工过程中，需要充分考虑刚才的各项性能指标，比如对于Q345E钢材来讲，由于其具备一定的淬硬倾向，所以在实际焊接工艺选择时，需要对其进行充分考虑。另外，对风机塔架焊接变形控制也是非常重要的一项工作，一般来讲，可以选择通过使用做好散热、留有富余量、对称焊接等手段来对塔架变形进行有效控制。
参考文献
[1]郭文辉，贾勤飞.风机塔架S420NL高强钢埋弧焊接头性能研究[J].焊接技术，2019，48（12）：4-6.
[2]张福林，郭文辉，张强.海外风机塔架焊接质量管理[J].焊接技术，2017，46（02）：76-80.
[3]钟艺谋，朱锴年.低温风机塔架焊接与变形控制[J].中国高新技术企业，2013（21）：70-73.
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