风塔焊接工艺88.docVIP

风塔焊接工艺 引言 20世纪90年代，发达国家兴起了一股绿色能源热,风力发电自1997年以来每年以30%的速度增长，据欧洲风力发电协会预计，到2010年，全球风能发电将达到23万MW，其中欧洲为10万MW，全球将有3亿户人家能用上风力转化的电能。因此，有大批的风力发电塔架（简称风塔）需要制造。2003年，澄西船厂先后收到GE和日立公司大型风塔的制作订单，其对材料性能、制造精度、焊接接头质量、制造周期都江堰市有较高的要求。因此，对焊接接头设计、焊接工艺进行研究，通过一系列的对比试验，最终提出了适合澄西船厂条件的施工方案。 工程概述 结构形式 该风塔为锥形筒体结构，外形如图1所示。筒体外径底部为φ4300mm，顶端为φ2560mm，筒体板厚由最底部26mm向顶端12mm变化。整个风塔共分4节，节与节之间由法兰组MF2～MF4（见局部放大Ⅱ）与连接，其中底部法兰MF1（见局部放大Ⅰ）与筒体是全熔透角接缝，节间连接和顶部法兰MF5均为高颈法兰，与筒体之间是对接焊缝。 结构材料 原筒体材料为S355JO，法兰材料S355J2G3-Z25，与用户商量后分别采用国产Q345C和Q345D。这2种材料可焊性良好，进行工艺评定时应参考母材的力学性能要求。 对焊接质量的要求 筒体焊缝长度的10%进行UT检查，法兰本体焊缝100%UT检查，按SEL072、Class 3标准验收。另一要求是在开工前必须完成相关的焊接工艺认可试验、焊工培训、考核等。 风塔焊接工艺和认可试验 筒体坡口设计与焊接工艺 在工程技术准备阶段，澄西船厂正在制作某工程的一批管桩，该批管桩直径1500mm，板厚25mm，材料Q345C，制作工艺在合同中已明确作出了规定，受该工程的影响，当初对风塔筒体的焊接接头亦采用了和管桩类似的设计，方案见表1。 由表1可以看出，风塔筒体的焊接采用双面埋弧悬空焊方法。焊接工艺采用AWS D1.1-98标准，管桩工程参照TB 10212-98规范进行试验，机械性能试验结果列于表2。 法兰的焊接 该工程另一难点是法兰的制作，MF2～MF4采用厚板热卷成型；MF5采用锻打成型；法兰MF1最为因难，只能采用厚板切割后拼接的方式，焊接工作量大，且质量要求高，必须确保焊缝内部无缺陷，一旦返工，必将影响施工周期。另一问题是保证焊缝具有良好的低温冲击韧性，因此初步方案为选用E5015焊条焊接。因澄西船厂已通过了某些国家船用EH36、DH36钢材的手工焊焊接工艺认可，所以监理承认文件有效，不必重新评定。 焊接工艺的变更 风塔焊接工艺A的问题 工艺A看似一个成熟合理的工艺，但不可能用于该工程施工，原因是坡口精度达不到。且筒体在加工过程中会出现以下问题：a.坡口加工采用气割开出，将产生精度问题；b.筒体在卷制过程中，会有机械加工误差。 尽管表1中要求的装配间隙是0～1.6mm，但悬空焊的实际间隙只能是0～1mm，超过此值，焊接时极易发生电弧击穿现象，由于上述原因，这个精度达不到。 风塔焊接工艺B 按通常的做法，采用先打底一道的方案，因此在方案A的基础上改成方案B，见表3。 方案B一经提出，就发现了不妥之处： 对t=12mm的板，在焊后面焊缝2前，封底焊缝的处理问题，如进行碳刨，无疑又增加了工作量； 对厚底14～26mm的板，焊接一层打底焊时，并不能保证不发生焊穿现象，也许有人提出那就打底2层，则从板厚状态可以看出，要分清什么情况找底2层，什么情况打底1层也非易事，同时还会使工艺复杂化； 难以确定何处要采用封底、打底。如果有些地方装配是无间隙，那就可以免除这道工序，如果间隙偏大（如局部超过2mm），即使打底1道，仍有焊穿危险，但是对这达产品工艺管理很严格，要在现场确定哪些地方如何打底焊是不现实的。 由于这些矛盾的存在，还是放弃了这套方案。 风塔焊接工艺C 鉴于上述各种原因，所带来的工艺不确定性，最终参考了日本某公司的施工设计图纸，设计了风塔焊接工艺C，见表4。 此方案中，将法兰拼接由手工焊改为FCAW工艺，FCAW采用船用等级为3YH10级别的TWE-711（AWS：E71T-1）氧化钛型药芯焊丝，从理论上讲，其性能完全满足Q345D的性能要求。2块试板的机械性能列于表5。 不同焊接工艺的讨论 4．1关于焊接工艺的适用性 长期以来，对接头设计过于理想化，结果是工艺不具有可操作性。我们认为，在设计（或编制）焊接工艺时，首要考虑的是这个工艺的可操作性、实用性，只有在这种条件下，才能保证焊接接头的力学性能和施工质量的稳定性。 表1中某管桩工程就是一个很典型的案例，合同中明确了焊接工艺，正反采用SAW各焊接一道，如有间隙，则采用E5015打底一道，看起来是一个合理、高效的工艺。澄西船厂初时按此工艺执行，发现坡口内清理E5015药皮很不方便，加之打底一道并不能保证不焊穿，施工极不顺