袁久明

（廣東明陽風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集團有限公司，廣東 中山 528437）

0 引言

隨著近幾年國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，中國已成為世界風(fēng)電裝機和新增裝機量第一大國。但是伴隨而來的是風(fēng)力發(fā)電機組大量嚴重的質(zhì)量問題，形勢日益嚴峻，維護成本急劇加大，嚴重阻礙了風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，因此質(zhì)量控制成為了亟待解決的問題。機座作為風(fēng)力發(fā)電機組重要基本焊接支撐件，幾乎承載了所有零部件的重量和外力載荷，一旦返修或更換，必然會涉及到其他相關(guān)零部件的拆卸，維護成本極大，故其前期的生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制至關(guān)重要。本文重點對風(fēng)力發(fā)電機組機座的焊接工藝與質(zhì)量控制進行了研究。

1 機座材料及工藝流程

1.1 機座材料

機座材料為低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Q345。由于機座需要承受復(fù)雜的動靜載荷，對板材有較高的綜合機械性能要求，為防止內(nèi)部缺陷，材料必須是UT 探傷板材，并且還需對每塊厚度≥50 mm 的板材按面積的10%進行復(fù)驗。

Q345的可焊接性能優(yōu)良。焊接填充材料必須以等強度原則選擇且性能要求符合最新相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。焊接填充材料質(zhì)量及存儲要嚴格控制，并需有相關(guān)質(zhì)量文檔予以證明。

1.2 機座工藝檢驗流程

圖1為某風(fēng)力發(fā)電機組機座整個制造工藝和檢驗流程圖，本文只針對焊接工序的工藝要求和質(zhì)量控制進行淺析。

2 機座焊接工藝質(zhì)量控制［1，2］

2.1 開料和坡口制作

生產(chǎn)方應(yīng)根據(jù)設(shè)計方現(xiàn)行圖紙，自行繪制各板件的放樣圖，依據(jù)放樣圖使用數(shù)控切割機下料、預(yù)制，并做好可追溯性標(biāo)記。鋼板平面必須進行校平，可采用油壓機進行校平，不建議用火焰校平。

根據(jù)機座功能要求，焊接坡口一般都有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范予以規(guī)定。坡口應(yīng)保持平整，不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。鋼材切割符合JB／T 5000.2規(guī)定，切割面或剪切面上局部切口深度超差的均應(yīng)焊補或打磨平滑。

考慮到機組要安裝大量電氣、液壓等易損元件，必須對所有板邊進行去除毛刺、平整并倒圓，以保證其他零部件不會因此受到損傷。

2.2 焊接工藝評定

焊接前，生產(chǎn)方必須進行焊接工藝評定，各項機械性能測試結(jié)果均應(yīng)滿足設(shè)計要求。根據(jù)評定報告確定焊接方法、焊絲型號、焊絲直徑、焊接電流、焊接速度、氣體流量、每條焊縫的堆焊次數(shù)等參數(shù)。

2.3 焊接人員資質(zhì)

所有施焊操作者必須持有有效的國內(nèi)或國際焊工資質(zhì)證書。

2.4 焊接組裝

首先對板材進行外觀檢驗。焊接坡口表面及距坡口邊緣50mm 內(nèi)必須打磨、修整，去除水、油污、銹蝕、積渣和其他影響到焊接質(zhì)量的有害物質(zhì)。

圖1 機座工藝和檢驗流程圖

焊接組裝符合現(xiàn)行設(shè)計圖紙規(guī)定，要充分考慮焊后焊接變形等因素引起的組裝尺寸變化。焊接組裝間隙不超過4mm，不開坡口角焊縫或?qū)雍缚p組裝間隙不超過1.5mm。

零部件均在焊接平臺上進行組立。平臺應(yīng)用水準(zhǔn)儀進行找正、調(diào)平，不平度≤1.5mm。組裝前應(yīng)劃出裝配位置線，按線位裝配。裝配過程中應(yīng)合理安排裝配順序，必須考慮所有焊縫的焊接勞動強度和變形量。

組裝時避免強力組裝，定位焊縫長度及定位焊縫間距應(yīng)合理布置，建議定位焊縫長度在25 mm～50mm之間，定位焊縫間距在200 mm～300 mm 之間，以防止焊接變形造成的機座尺寸超差。

機座部分組裝工藝（主要考慮減小焊接變形和焊接操作簡易性）如下：

（1）在焊接平臺上校正并固定板1，再在板1上預(yù)制板2、4、6、7、8、9、10的安裝基準(zhǔn)線，便于安裝焊接時尺寸的控制。同時準(zhǔn)備焊接工藝剛性支撐架，如圖2所示。

圖2 機座前部分剛性支撐架簡圖

（2）板2、7與板1、4、6、8、9、10組焊，注意此鋼板薄，組焊極易變形，可在其直線段距上部約200mm 處點焊H 型鋼剛性固定，點焊固點不少于5處。焊接順序是先將板2、7與立板4、6、8、9、10組焊完成，再與板1焊接。焊接方式是先打底焊，再單面焊接兩層，背面清根焊一層（大坡口側(cè)焊接，小坡口側(cè)清根），然后就交替焊接。圖3為機座前部分組裝圖

（3）板4、6、8、9、10與板1組焊，為防止變形和保證焊接形位公差，應(yīng)對其立板設(shè)置剛性定位工裝。另外為保證焊接質(zhì)量和減小勞動強度，可把圖3旋轉(zhuǎn)90°立起來平焊，焊接方式同第（2）點。

圖3 機座前部分組裝圖

（4）板3、5與板2、7、4、6、8、9、10組焊，可把圖3翻轉(zhuǎn)180°平焊，注意可點焊2件H 型鋼固定板3、5相對位置。焊接方式同第（2）點。

本文并沒有談到定位焊接，生產(chǎn)方應(yīng)注意選擇合理的定位焊。

2.5 焊接技術(shù)要求

生產(chǎn)方須在焊前編制焊接工藝規(guī)程，焊接過程中應(yīng)嚴格按照焊接工藝的要求控制相關(guān)焊接參數(shù)，并隨時檢查構(gòu)件的變形情況。

焊接時焊槍盡量不擺動（如需擺動，則擺動不大于18mm，每道焊縫寬度不大于20mm，每道焊縫厚度＜10mm），采用窄焊道、多道多層焊。焊后檢查，避免弧坑、未熔透及焊縫成形不良等缺陷。

焊接期間應(yīng)嚴格進行層間清理，去除焊渣、飛濺、裂紋、咬邊、未熔合、成形差的焊道或其他任何影響焊縫質(zhì)量的缺陷。

對于板厚大于30mm 的機座板件，焊接前應(yīng)進行預(yù)熱，焊后進行后熱，預(yù)熱溫度控制在1 000 ℃～1 500℃，預(yù)熱區(qū)在焊道兩側(cè)，每側(cè)寬度均應(yīng)大于焊接厚度的2倍，且不小于75mm，在整個焊接過程中應(yīng)隨時加熱以保證焊縫道間溫度。

焊工在焊接時要考慮防止焊接變形，各焊縫要點焊牢固，控制焊接順序和焊接方向，使焊接變形最小，以減小焊后校形工序，提高生產(chǎn)效率。

機座焊接件符合JB／T 5000.3規(guī)定，未注尺寸公差及形位公差按照標(biāo)準(zhǔn)中B、F級要求執(zhí)行。

2.6 無損探傷

對所有開坡口焊縫都應(yīng)按照GB 11345B 類I級標(biāo)準(zhǔn)進行100%超聲波探傷檢測。焊縫缺陷返修后必須復(fù)探并且同一部位不允許兩次返修。

對鋼板厚度不大于25mm 的對接焊縫，要求按照單面雙側(cè)檢驗；對鋼板厚度大于25mm 的角焊縫，要求按照雙面單側(cè)檢驗。進行橫向缺陷檢測時，在焊接接頭兩側(cè)邊緣使探頭與焊接接頭中心線成10°～20°角作兩個方向的斜平行掃查。

驗收時，超聲波探傷檢測原則上在機座去應(yīng)力退火后進行。為保證焊接質(zhì)量，供方超聲波探傷應(yīng)分兩次進行，分別在焊接蓋面前和熱處理后。

按照JB／T 4730.4I級標(biāo)準(zhǔn)對焊縫進行100%磁粉檢測，焊縫表面不允許存在任何裂紋和白點缺陷。磁粉檢測應(yīng)在機座去應(yīng)力退火冷卻24h后進行。

2.7 去應(yīng)力退火

轉(zhuǎn)入去應(yīng)力退火工序之前，生產(chǎn)方必須嚴格核實焊縫質(zhì)量及變形量符合要求。為了去除焊接所產(chǎn)生的焊縫內(nèi)應(yīng)力，在焊縫檢驗合格后，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（應(yīng)核實技術(shù)工藝文件和過程能力是否符合要求）對機座進行整體去應(yīng)力退火處理。注意產(chǎn)品不允許有彎擾翹曲現(xiàn)象，不允許以振動時效代替去應(yīng)力退火。

3 結(jié)論

本文通過對一種風(fēng)力發(fā)電機組焊接結(jié)構(gòu)件機座的焊接工藝和質(zhì)量控制要求進行淺析，從生產(chǎn)源頭提出了其控制要點，為風(fēng)機重要焊接結(jié)構(gòu)件的制造工藝和質(zhì)量控制方案的制定提供了參考，從而進一步保證風(fēng)力發(fā)電機組運行的可靠性，降低其維護成本。另外本論文并沒有深入對整個機座工藝組焊進行分析，加上風(fēng)電機座結(jié)構(gòu)形式不一，因此具體結(jié)構(gòu)還需具體對待。

［1］ 成大先.機械設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］ 陳祝年.焊接工程師手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.