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【摘 要】本文基于生产实践操作,对风电塔筒的焊后法兰平面内倾度进行了研究。考察了在不同种板材坡口的条件下,不同的焊接方式及焊接顺序对法兰的影响。阐述了不同的拼装方法,焊接方法及不同的坡口形式对焊后法兰的变形控制。通过对埋弧焊焊接法兰的焊接先后次序,焊接电流电压等焊接环境的研究,得到了不同板厚及不同的坡口形式的最佳焊接方法,使得焊后法兰的平面内倾度得到了有效保证。
【关键词】法兰 焊接方法 坡口形式 平面度 内倾度
一、引言
风电塔筒法兰是风电塔筒的关键连接件、支撑件和受力件,是风力发电设备的重要部件,对生产制造及安装都有很严格的要求,比如在安装时的法兰平面度、内倾度就对风电塔筒的寿命有很大的影响。而对法兰的这些高要求主要原因是法兰要在野外可靠使用20年以上,经受各种极恶劣天气和复杂的风力交变载荷,长期在50~80m 高处承受着拉伸、弯曲及剪切等作用力,因此,法兰焊接在风电塔筒制造过程中是一个非常重要的环节。本文主要探讨了常见的锻造法兰在风电塔筒制造过程中的焊接方法。
二、塔筒法兰技术要求简述
现今风电塔筒的法兰一般仍为锻造法兰(反向平衡法兰焊后变形小,在此暂不做讨论),锻造法兰在塔筒厂家制造完后的一般的技术要求为:塔筒顶部法兰平面度要求0~0.5mm以内,其他部位法兰平面度要求0~1.5mm以内;顶部法兰内倾度要求0~0.5mm以内,其他部位法兰内倾度要求0~1.5mm以内;不允许法兰有外翻现象。
以上要求即是为了在塔筒安装的过程中,使两法兰对接后,法兰之间的间隙足够小,以达到整个塔筒的稳定性。
三、塔筒法兰对接坡口形式
法兰的对接坡口在控制法兰焊后变形起到很重要的环节。在法兰的对接坡口设计上,一般有对称双面坡口,不对称双面坡口,单面坡口等几种坡口形式。在实际的生产中,我们发现,不同的坡口用同样的焊接方法,焊后的变形是截然不同的,经过多次试验,对于以上的双面坡口形式,特别是对称双面坡口,焊后变形比较难控制,而单面坡口却可以根据刨缝的深度来很好的控制法兰的内倾度。因此,在实际的生产中,对于颈厚≤30mm的法兰,坡口设计为单面坡口比较合适,对于颈厚>30mm的法兰,坡口设计为内部大坡口,外部小坡口的双面不对称坡口比较合适。在生产过程中,我们还要根据其实际的变形量来更改坡口角度、鈍边大小,以达到焊后法兰不外翻,内倾适度的状态。
四、塔筒法兰与管节拼装
为了保证法兰焊后的平面度,我们采用的是先将单个法兰与筒体进行拼装焊接,最后再将法兰节与其他管节进行环缝焊接的形式。
在法兰与管节的拼装过程中,有一下几点需注意:
拼装前将法兰固定在专用的工装上,并用水准仪调平(平面度≤1mm);
拼装时将管节的管口撑圆,外边平齐后在外侧点焊固定;
拼装完法兰与工装之间的间隙≤0.5mm,法兰与管节之间的间隙≤1mm;
在拼装进人门管节与法兰时,由于焊接进人门后会收缩,需在在进人门方位预留2mm法兰与管节之间的拼装间隙,以抵消进人门焊后的收缩余量。
以上方法使得法兰平面度在焊后一般控制到了0~2mm之内,焊后少量的火焰校正即可达到设计要求。
五、塔筒法兰与管节的焊接
法兰的焊接,对焊后法兰的变形量起着至关重要的作用,在实际操作中,我们总结出一套法兰焊接方法如下:
采用CO2气体保护焊在外壁进行打底,埋弧焊进行填充盖面进行焊接,焊丝采用ER50-6,焊丝直径Ф1.2mm,焊接电流220~250A,电压28~30V,气体流量15~20L/min;
焊接采用埋弧自动焊,焊丝为H10Mn2,焊丝直径Ф4mm,焊剂为SJ101,焊接能量≤40KJ/cm;
焊接过程中控制层间温度≤250℃,控制每层厚度不大于5mm,焊接电流电压如下表所示:
焊接顺序:先焊塔筒内壁的内部坡口,外壁坡口清根后,再焊接外壁坡口;如碰到法兰颈厚>30mm的内大外小双面坡口时,可以先焊接内部坡口,预留盖面层,外壁坡口清根,再焊外壁坡口,最后焊接内壁盖面层。
以上焊接方法对焊后的法兰变形得到了有效的控制,使得焊后火焰校正法兰的工作量大大减少。
六、结论
(一)通过对风电塔筒制造工艺的改进,不仅保证了法兰的焊后变形量,而且工艺执行起来方便、可靠,提高了施工效率,也减少了焊后的火焰校正,焊缝返修率也一定程度上的有所降低,从而减少了经济损失,为企业创造出了更多的效益。
(二)塔筒制造工艺的设计时,还应考虑塔筒图纸设计的具体情况和现有的生产条件,尽量使得工艺具有可行性和可操作性,这样才能使得该制造工艺在企业的生产过程中被良好的应用。
参考文献:
[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(第2卷).机械工业出版社,2001
[2]于太安、武志勤、耿俊峰.风电塔筒法兰焊接方法研究.河北建筑工程学院学报第26卷第1期.2008.3
[3]张永军.风电塔筒法兰外翻变形的控制工艺.中国制造业信息化第39卷第17期.2010.9
作者简介:
张汉生(1975.2--),男,葛洲坝集团机电建设有限公司,中级工程师,目前主要从事风电塔筒的制作。
【关键词】法兰 焊接方法 坡口形式 平面度 内倾度
一、引言
风电塔筒法兰是风电塔筒的关键连接件、支撑件和受力件,是风力发电设备的重要部件,对生产制造及安装都有很严格的要求,比如在安装时的法兰平面度、内倾度就对风电塔筒的寿命有很大的影响。而对法兰的这些高要求主要原因是法兰要在野外可靠使用20年以上,经受各种极恶劣天气和复杂的风力交变载荷,长期在50~80m 高处承受着拉伸、弯曲及剪切等作用力,因此,法兰焊接在风电塔筒制造过程中是一个非常重要的环节。本文主要探讨了常见的锻造法兰在风电塔筒制造过程中的焊接方法。
二、塔筒法兰技术要求简述
现今风电塔筒的法兰一般仍为锻造法兰(反向平衡法兰焊后变形小,在此暂不做讨论),锻造法兰在塔筒厂家制造完后的一般的技术要求为:塔筒顶部法兰平面度要求0~0.5mm以内,其他部位法兰平面度要求0~1.5mm以内;顶部法兰内倾度要求0~0.5mm以内,其他部位法兰内倾度要求0~1.5mm以内;不允许法兰有外翻现象。
以上要求即是为了在塔筒安装的过程中,使两法兰对接后,法兰之间的间隙足够小,以达到整个塔筒的稳定性。
三、塔筒法兰对接坡口形式
法兰的对接坡口在控制法兰焊后变形起到很重要的环节。在法兰的对接坡口设计上,一般有对称双面坡口,不对称双面坡口,单面坡口等几种坡口形式。在实际的生产中,我们发现,不同的坡口用同样的焊接方法,焊后的变形是截然不同的,经过多次试验,对于以上的双面坡口形式,特别是对称双面坡口,焊后变形比较难控制,而单面坡口却可以根据刨缝的深度来很好的控制法兰的内倾度。因此,在实际的生产中,对于颈厚≤30mm的法兰,坡口设计为单面坡口比较合适,对于颈厚>30mm的法兰,坡口设计为内部大坡口,外部小坡口的双面不对称坡口比较合适。在生产过程中,我们还要根据其实际的变形量来更改坡口角度、鈍边大小,以达到焊后法兰不外翻,内倾适度的状态。
四、塔筒法兰与管节拼装
为了保证法兰焊后的平面度,我们采用的是先将单个法兰与筒体进行拼装焊接,最后再将法兰节与其他管节进行环缝焊接的形式。
在法兰与管节的拼装过程中,有一下几点需注意:
拼装前将法兰固定在专用的工装上,并用水准仪调平(平面度≤1mm);
拼装时将管节的管口撑圆,外边平齐后在外侧点焊固定;
拼装完法兰与工装之间的间隙≤0.5mm,法兰与管节之间的间隙≤1mm;
在拼装进人门管节与法兰时,由于焊接进人门后会收缩,需在在进人门方位预留2mm法兰与管节之间的拼装间隙,以抵消进人门焊后的收缩余量。
以上方法使得法兰平面度在焊后一般控制到了0~2mm之内,焊后少量的火焰校正即可达到设计要求。
五、塔筒法兰与管节的焊接
法兰的焊接,对焊后法兰的变形量起着至关重要的作用,在实际操作中,我们总结出一套法兰焊接方法如下:
采用CO2气体保护焊在外壁进行打底,埋弧焊进行填充盖面进行焊接,焊丝采用ER50-6,焊丝直径Ф1.2mm,焊接电流220~250A,电压28~30V,气体流量15~20L/min;
焊接采用埋弧自动焊,焊丝为H10Mn2,焊丝直径Ф4mm,焊剂为SJ101,焊接能量≤40KJ/cm;
焊接过程中控制层间温度≤250℃,控制每层厚度不大于5mm,焊接电流电压如下表所示:
焊接顺序:先焊塔筒内壁的内部坡口,外壁坡口清根后,再焊接外壁坡口;如碰到法兰颈厚>30mm的内大外小双面坡口时,可以先焊接内部坡口,预留盖面层,外壁坡口清根,再焊外壁坡口,最后焊接内壁盖面层。
以上焊接方法对焊后的法兰变形得到了有效的控制,使得焊后火焰校正法兰的工作量大大减少。
六、结论
(一)通过对风电塔筒制造工艺的改进,不仅保证了法兰的焊后变形量,而且工艺执行起来方便、可靠,提高了施工效率,也减少了焊后的火焰校正,焊缝返修率也一定程度上的有所降低,从而减少了经济损失,为企业创造出了更多的效益。
(二)塔筒制造工艺的设计时,还应考虑塔筒图纸设计的具体情况和现有的生产条件,尽量使得工艺具有可行性和可操作性,这样才能使得该制造工艺在企业的生产过程中被良好的应用。
参考文献:
[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(第2卷).机械工业出版社,2001
[2]于太安、武志勤、耿俊峰.风电塔筒法兰焊接方法研究.河北建筑工程学院学报第26卷第1期.2008.3
[3]张永军.风电塔筒法兰外翻变形的控制工艺.中国制造业信息化第39卷第17期.2010.9
作者简介:
张汉生(1975.2--),男,葛洲坝集团机电建设有限公司,中级工程师,目前主要从事风电塔筒的制作。