解析风电塔筒法兰外翻变形的控制工艺
摘要：随着能源问题与环境问题的日益突出，风能资源作为一种清洁环保可再
生能源，其重要性越来越高。

当前，风力发电产业获得快速发展，风电发电机组
单台设计容量增加，其对塔架的高度要求越来越高。

管塔式塔架因其结构紧凑，
安全可靠，便于维护等优势，在风电发电塔架设计中应用较为广泛。

关键词：风电塔；法兰外翻变形；控制工艺
在风力发电装备中，风力发电塔架具有十分重要的，不可缺少的作用。

它在
整个发电过程中起着连接风机各个关键装置的作用，要担负起叶片转动过程中产
生的各种压力，冲击，以及电机的震动还要调整受力过程中的摇摆。

发电塔架经
过3、4段直筒或锥筒联合在一起构成的。

因为每一节塔架是将滚制筒与法兰通
过焊接的方式连在一起的，所以。

最重要的是在焊接之后要调控好平面度。

要是
在制作过程中操作不当，将不利于风力发电机的正常运作，造成机械破损．降低
机械设备的工作效率，缩短机械设备的寿命。

1 传统工艺及存在问题
1.1传统工艺
为了使法兰与筒体焊接后的内倾量满足设计要求，传统工艺是将 2个合格的
法兰通过刚性固定法连接，找正法兰与筒体的位置后，再焊接成为一个整体。

传
统工艺实现的方法通常有 2 种：第 1种方法是将两法兰用螺栓连接在一起，在2
个法兰之间、螺栓内侧均匀垫上 2mm 厚的垫片，拧紧螺母并找正法兰和筒体的
位置后，实施法兰与筒体的焊接，然后将螺栓拆除。

第 2 种方法是先在两法兰内
壁均匀焊接 8 ～ 10 块连接钢板，将两法兰固定在一起，然后找正法兰与筒体的位置后，再进行焊接，最后将连接钢板去除。

1.2存在问题
不管采用以上哪种方法，由于焊接应力的作用，当将螺栓或连接钢板去除后，均会出现一个共性问题，那就是法兰出现外翻变形，不能满足相关的设计要求。

由于受法兰外翻变形的影响，采用第 1 种方法焊接后，拆卸螺栓非常困难。

采用
第 2 种方法焊接后，必须割下连接钢板，打磨和抛光焊点，同时还必须进行探伤
检测等，这样使得工艺繁琐，生产效率较低。

2风电塔筒法兰焊接工艺
在风电塔筒焊接作业中，为保证筒体与法兰焊接作业能够满足角变形要求，
并且加快筒体组装速度，决定采取将单个法兰与筒体对接点焊之后进行焊接组成
一体的方式。

先在专用法兰平台上进行组装，组装后上单节法兰在焊接滚轮架上进行法兰
焊接。

采取埋弧自动焊进行焊接，直流反接，焊丝牌号：H10Mn2，焊丝直径规
格为Φ4，应用HJ350作为焊剂，应用MZ1250自动弧焊机进行焊接。

先进行外侧封焊，对外侧点对时间隙比较大的位置进行封焊，再进行内侧焊缝焊接，内侧焊
接一道后，外侧应用碳弧气刨清根，在完成清根后，应用角向磨光机与砂轮进行
坡口打磨，并将坡口两侧20mm宽范围内打磨，通过坡口打磨消除碳化物与氧化物，避免在焊接作业中出现裂纹或夹渣等缺陷问题，进行外侧焊接后再焊完内侧
焊缝。

3 风电塔筒法兰焊接变形控制的工艺措施
3.1合理运用埋弧技术
在进行法兰和筒节的焊接作业时，利用埋弧自动焊，开展焊接作业。

在正式
焊接作业前，需要做好预热处理，通常控制在100-150℃范围内。

当多层焊接时，必须彻底清除前一层焊道的焊渣、裂纹，包括断续定位的焊缝，较大气孔或风电
塔筒法兰焊接变形控制的工艺措施。

3.2对焊接工艺展开改进措施
当锻造法兰厚薄程度不同时，要对技术参数进行视觉控制，确保焊接的质量。

解决由于板厚的不同，造成锻造法兰外翻或内倾过大，需要采取一个合理的焊接
顺序，采用两面分层交替的焊接方法。

针对锻造法兰焊接常见的问题，进行方案
改造，其原方案为：法兰和筒体均为制作为内坡口；组对合格后，开展点焊，外
部使用 CO 2 焊封焊一圈；内部 SAW焊接；外部气刨清根；外部 SAW 焊接，在 3
层焊接前，进行气刨清根 SAW 焊接。

对此方案进行改造，法兰和筒体内坡口，实现零间隙组对，外部点焊牢固，不进行封焊处理，内部 SAW 焊接，外部气刨清根、SAW 焊接，两法兰每相隔一孔，通过螺栓把合，进行成对焊接，完成后，待到冷却，将螺栓打开。

在3层焊接前进行气刨清根 SAW 焊接。

4法兰焊接时应注意的问题
在法兰焊接变形控制中以下五点需要注意：（1）把好法兰材料采购关，并做好入厂检验；（2）下料尺寸控制要严格。

长宽尺寸应控制在2mm内，对角线之
差小于等于2 ram；（3）单节预制时，椭圆度要控制在3mm 以内；（4）采用无
间隙组对，且尽量避免强力组对；（5）加工制作一个5平方米的平台。

组对时
将法兰平放在平台上采用立式组对。

此外还有两个方面也应该给予高度重视。

第一点，焊后冷裂纹。

由于法兰是
锻件，所以要是在焊接的过程中工艺参数确定的不合适，在焊接结束之后，很长
的一段时间内，在焊缝、法兰脖颈处将会产生纵向贯通的裂痕，同时这种裂纹还
会因为刚度过大而出现扩张的情况．这种在后期才会出现的问题会对塔架产生十
分巨大的破坏作用，所以对此，我们一定要小心警惕。

因为，这种问题一旦产生
后将无法修复，最终引起整个法兰的报废。

第二点，重视法兰焊接热影响产生的
裂纹。

加强法兰组对前的质量检查工作，可以通过MT检测对法兰脖颈处的表面
裂痕进行检查：调整组对手法，防止出现强力组对。

结论
（1）通过改进风电塔筒与法兰的焊接工艺，不仅保证了法兰的角变形量，而且工艺执行方便、可靠，提高了施工效率，焊缝返修率低，无论是焊缝外观还是
内在质量都较好，获得了用户的好评。

（2）安排焊接工艺时，应充分考虑产品实际情况和现场条件，尽量使工艺简洁、实用，工艺要有良好的可操作性，这样才能保证产品质量和工期。

生产实践
证明该工艺可在风电塔筒的生产中广泛应用。

参考文献：
[1] 张汉生.风电塔筒制造工艺对法兰平面内倾度的影响研究[J].数字化用户，2013，（26）：50-50.
[2] 刘旭东，王昀.风力发电机组塔筒法兰焊接方法研究[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（24）.。