完海濤

中國水電四局（福清）裝備工程有限公司 福建福清 350300

風(fēng)電機組在結(jié)構(gòu)組成上由直形筒體、錐形筒體、基礎(chǔ)環(huán)組成，與法蘭進行安全連接組成風(fēng)力發(fā)電塔架。因每段塔架由滾制筒體與連接法蘭焊接形成，導(dǎo)致該塔架在運行應(yīng)用過程會承受較多作用力影響而出現(xiàn)質(zhì)量缺陷問題。舉例而言，風(fēng)力作用于葉輪上的推力、扭矩以及彎矩力等，再加上現(xiàn)場工作環(huán)境較為復(fù)雜，促使如何控制塔架兩端連接法蘭焊接質(zhì)量以及平面度問題基本上可以視為塔架制作過程予以重點克服的難點問題[1]。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用實踐情況來看，為加強對法蘭變形問題的預(yù)防與控制，工作人員可在采購法蘭時預(yù)留好內(nèi)傾量問題。并在此基礎(chǔ)上，在焊接階段利用對把焊接方法，保證法蘭間的夾墊片得以緊固化，減少法蘭平面度以及內(nèi)傾度變形問題出現(xiàn)。

1 風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭設(shè)計原則及變形成因分析

1.1 法蘭平面度、內(nèi)傾度設(shè)計要求

對于風(fēng)電塔筒上段頂部法蘭總裝設(shè)計而言，因其往往與風(fēng)電機組機艙推力軸承相連接應(yīng)用，促使其在裝焊形位公差控制要求方面相對嚴格。結(jié)合現(xiàn)場設(shè)計經(jīng)驗來看，風(fēng)電機組塔架焊接處理之后，法蘭平面度要求需要控制在0.5mm左右。同時，基礎(chǔ)環(huán)上法蘭平面度要求為1.5mm，其余法蘭平面度要求為2mm。除此之外，對于法蘭焊后內(nèi)傾度而言，頂法蘭內(nèi)傾度應(yīng)該控制在0mm～0.5mm、其余內(nèi)傾度應(yīng)該控制在0mm～1.5mm。

1.2 法蘭焊接變形成因

法蘭與筒體進行環(huán)縫焊接操作時，法蘭坡口均表現(xiàn)為內(nèi)側(cè)坡口。鑒于這一特點，現(xiàn)場操作人員在焊接順序的確立上，應(yīng)該為先焊完內(nèi)側(cè)再焊外側(cè)。在焊接操作過程中，因焊縫與焊縫附近法蘭在脖頸溫度方面表現(xiàn)較高，且在無約束狀態(tài)下，法蘭容易受熱且迅速膨脹。其中，當(dāng)焊縫溫度逐漸趨于冷卻化發(fā)展時，連接法蘭會受到自身厚度問題的影響，與焊縫冷卻速度不一致[2]。

與此同時，法蘭熱影區(qū)溫度冷卻相對緩慢，可能會導(dǎo)致焊縫區(qū)域在冷卻期間所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力難以得到有效抵消處理。也就是說，法蘭會在熱影響區(qū)的作用下而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。除此之外，當(dāng)法蘭與筒體組對時，可能會出現(xiàn)間隙過大或者法蘭放置不平的現(xiàn)象，在焊接操作過程中，法蘭面容易出現(xiàn)波浪變形問題。當(dāng)波浪變形問題表現(xiàn)過于明顯時，可能會引發(fā)法蘭面焊接后平面度以及橢圓度較差的問題。

2 風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接變形預(yù)防控制技術(shù)方法及相關(guān)研究

2.1 法蘭采購期間做好內(nèi)傾量的預(yù)留工作

風(fēng)電機組在頂部法蘭焊前平整度要求的控制上，應(yīng)該設(shè)計為0.35mm。其中，焊后頂部法蘭平面度需要控制為0.5mm、內(nèi)傾度為0mm～0.5mm。其中，為全面提高塔筒法蘭內(nèi)傾量一次生產(chǎn)合格率，現(xiàn)場操作人員經(jīng)反復(fù)試驗最終確定成品法蘭預(yù)留內(nèi)傾量，分別為頂法蘭1.50+0.2mm、其余法蘭20+0.5mm。

針對于此，建議在采購法蘭時應(yīng)該事先對法蘭進行內(nèi)傾量預(yù)留處理，目的在于預(yù)留焊接反變形。結(jié)合現(xiàn)場反饋情況來看，通過利用上述工藝改進方法，現(xiàn)場法蘭與筒體焊接后內(nèi)傾度在一次合格率方面已經(jīng)高達97%，有效提升了現(xiàn)場生產(chǎn)效率以及經(jīng)濟效益[3]。

2.2 合理運用對把固定法控制法蘭角變形問題

為確保法蘭焊接后可以滿足塔架制造技術(shù)要求，現(xiàn)場操作人員需要在連接法蘭時將用于把緊加厚的墊片進行焊接變形控制。一般來說，用于連接法蘭把緊的墊片在加厚度控制方面，應(yīng)該保證在2mm～3mm之間。其中，墊片數(shù)量應(yīng)該不少于6個。在墊片處理方面，操作人員應(yīng)該在2個墊片中間利用定位銷進行連接處理。與此同時，頂法蘭把緊加厚度應(yīng)該控制在1.5mm～2.0mm之間，并利用相應(yīng)厚度的墊片進行焊接變形控制。

其中，墊片數(shù)量不少于6個，在處理方法上與上述相同。從客觀角度上來講，加定位銷的主要目的在于便于后續(xù)拆卸方便。最重要的是，可加強對法蘭間隙量以及波浪變形問題的控制。除此之外，現(xiàn)場操作人員應(yīng)該嚴格恪守自身的操作行為，按照規(guī)范操作要求以及利用科學(xué)合理的方法措施解決法蘭角變形問題[4]。

2.3 科學(xué)確定法蘭環(huán)縫焊接順序

因連接法蘭面要求為內(nèi)傾外平，導(dǎo)致其在安裝操作時需要利用高強度螺栓加強預(yù)緊力。這樣一來，法蘭不允許外翻。但是結(jié)合實際情況來看，焊縫坡口為內(nèi)側(cè)坡口，很容易出現(xiàn)法蘭外翻問題。為徹底解決法蘭外翻問題帶來的不良影響，現(xiàn)場操作人員應(yīng)該結(jié)合焊接工藝順序，利用分層交替施焊方法進行針對性操作。舉例而言，在焊接操作時，操作人員應(yīng)該針對次道焊縫一次完成。

其中，焊接操作期間不允許間斷，并且保證其受熱均勻。當(dāng)焊道冷卻時，操作人員應(yīng)該利用緊固螺栓功能優(yōu)勢，加強對法蘭變形問題的控制管理，以確保其平面度符合要求。除此之外，為加強施焊操作過程的科學(xué)性與合理性，現(xiàn)場操作人員應(yīng)該根據(jù)塔架與頂法蘭相連接的筒體鋼板板厚情況，完成施焊操作過程，以確保法蘭平面度與內(nèi)傾度得以深化加強[5]。

需要注意的是，在法蘭環(huán)縫焊接順序的確定上，現(xiàn)場操作人員應(yīng)該根據(jù)風(fēng)電機組實際運行需求，對風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接變形影響因素進行精準識別并加強預(yù)防管理，以提高焊接變形預(yù)防控制效果。為避免出現(xiàn)施焊隱患問題，操作人員應(yīng)該加強對施焊操作流程的控制管理，以避免對后續(xù)應(yīng)用過程造成不良影響。

2.4 應(yīng)用效果與效益分析

結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用推廣情況來看，部分風(fēng)電廠通過利用上述變形預(yù)防控制技術(shù)及相關(guān)方法，可初步達成預(yù)期的效益目標。舉例而言，目前已應(yīng)該技術(shù)方法的工程有節(jié)能昌馬第一風(fēng)電場16套、華電黑崖子風(fēng)電場二期工程15套、華電苦水第一風(fēng)電場34套。經(jīng)不完全的統(tǒng)計調(diào)查顯示，累計完成3MW塔架149套。從經(jīng)濟效益上來看，上述技術(shù)方法可有效遏制法蘭焊接變形問題，同時也可以規(guī)避法蘭焊接期間存在的質(zhì)量缺陷問題。

綜合來看，上述技術(shù)方法的推廣與應(yīng)用，在一定程度上可以保障出廠產(chǎn)品合格率，同時也可以有效縮短工期，非常利于深化現(xiàn)場生產(chǎn)效益。且從數(shù)據(jù)結(jié)果上來看，經(jīng)與市場部共同核算分析得知，該技術(shù)在工程實踐中取得良好收益，如可高達近200萬元。針對于此，建議風(fēng)電廠管理人員應(yīng)該高度重視該項技術(shù)內(nèi)容。最好可以按照統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署原則，確保該項技術(shù)內(nèi)容得以精準貫徹與落實。

3 風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接變形預(yù)防控制管理措施及相關(guān)建議

3.1 掌握風(fēng)機塔蘭焊接指標要素，做好細節(jié)處理工作

對于風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭焊接工作而言，現(xiàn)場操作人員需要重點針對法蘭平面度、法蘭角變形（內(nèi)傾量）以及法蘭橢圓度等關(guān)鍵指標要素進行重點把握。結(jié)合當(dāng)前風(fēng)電塔架法蘭應(yīng)情況來看，大多數(shù)風(fēng)電塔架在法蘭的選用上主要以高頸法蘭為主。究其原因，主要是因為高頸法蘭對法蘭平面度以及法蘭變形控制比較有利。因此在焊接施工過程中，現(xiàn)場操作人員應(yīng)該準確掌握風(fēng)機塔蘭焊接指標要素，并做好細節(jié)處理工作。舉例而言，現(xiàn)場操作人員應(yīng)該對互相連接的一對法蘭進行對把焊接處理。因?qū)Π押髣傂栽鰪姡瑢τ谏鲜鋈椫笜吮容^有利；因法蘭要求內(nèi)傾，促使對施焊順序有嚴格要求。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，在施焊順序的確立上，一般多以先焊內(nèi)側(cè)、后焊外側(cè)為主。在焊接方法的選擇上，可根據(jù)焊接方法進行合理確定；施焊過程需要不間斷一次焊完，防止因法蘭受熱不均勻而對上述三項指標造成不利影響。在具體焊接處理過程中，現(xiàn)場操作人員可按照以下原則要求完成風(fēng)電塔架法蘭與筒體的高質(zhì)量焊接過程。

一方面，對于風(fēng)電塔架法蘭與筒體的焊接工作而言，現(xiàn)場操作人員必須確保單節(jié)筒節(jié)端面必須保持一定的平面度，確保筒體始終與法蘭組始終處于無間隙組對關(guān)系。如果組對完有間隙問題，現(xiàn)場操作人員需要采取加強措施進行針對性處理。需要注意的是，在焊接處理時，現(xiàn)場操作人員應(yīng)該按照先焊接內(nèi)側(cè)再焊接外側(cè)的順序進行針對性處理。其中，焊接順序并不是固定不變的，可根據(jù)實際情況對焊接順序進行適當(dāng)調(diào)節(jié)。需要注意的是，為防止焊后法蘭出現(xiàn)外傾或者內(nèi)傾不超標問題，建議現(xiàn)場操作人員應(yīng)該一次焊接完畢，且中途不要存在停焊問題。

另一方面，如果焊接工作結(jié)束之后存在內(nèi)傾超標問題，建議現(xiàn)場操作人員可利用火焰在外側(cè)進行校正處理。舉例而言，操作人員可利用碳弧氣刨方式對外側(cè)焊縫進行針對性處理。與此同時，如果產(chǎn)生明顯外傾現(xiàn)象，現(xiàn)場操作人員可根據(jù)外清程度表現(xiàn)，采用碳弧氣刨方式去除焊縫。需要注意的是，在操作處理過程中，操作人員應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場焊接規(guī)范要求，選擇合適的方法進行針對性處理。因某些公司在規(guī)范上不允許火焰校正，建議現(xiàn)場操作人員可根據(jù)公司規(guī)定情況，選擇合適的方法進行應(yīng)用處理。

除此之外，某些塔架制作廠家組對時存在間隙不均勻問題，針對這一問題，現(xiàn)場操作人員應(yīng)該在塔架安裝過程中對現(xiàn)場材料質(zhì)量問題進行嚴格檢測。確保材料質(zhì)量無誤之后，按照科學(xué)合理的方式進行焊接操作處理。焊接工作結(jié)束之后，現(xiàn)場操作人員需要測量法蘭平面度是否符合規(guī)范要求?？梢哉f，風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接過程中所涉及到的控制要點較多，建議現(xiàn)場操作人員可結(jié)合實際情況規(guī)范個人的操作行為，避免出現(xiàn)操作失誤問題。

3.2 按照質(zhì)量安全管控原則，加強對現(xiàn)場焊接作業(yè)的集中化管理

風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接變形控制施工所涉及到的流程內(nèi)容較多，在施工操作期間，現(xiàn)場操作人員應(yīng)該嚴格規(guī)范個人的操作行為。并按照質(zhì)量安全管控原則，加強對現(xiàn)場焊接作業(yè)的集中化管理。一方面，現(xiàn)場操作人員應(yīng)該深刻意識到自身崗位職責(zé)的重要性。對于當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接期間存在的變形問題進行精準識別與科學(xué)預(yù)防。主要可以根據(jù)變形問題具體表現(xiàn)及成因，采取針對性措施加以處理。與此同時，現(xiàn)場操作人員應(yīng)該主動結(jié)合風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接施工期間所涉及到的要點內(nèi)容進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，制定控制變形問題的方案措施。除此之外，現(xiàn)場操作人員在焊接處理過程中應(yīng)該深刻意識到質(zhì)量管理以及安全管理的重要性。因此在焊接處理期間，建議現(xiàn)場操作人員應(yīng)該深化個人的質(zhì)量管理意識以及安全管理意識，對焊接施工期間所涉及到的風(fēng)險問題進行提前預(yù)防與管理，以避免出現(xiàn)焊接失誤問題。

另一方面，在正式開工之前，相關(guān)負責(zé)人員應(yīng)該對參與施工的各方責(zé)任主體所涉及到的資質(zhì)能力情況以及從業(yè)素質(zhì)情況進行審查。根據(jù)審查結(jié)果，明確當(dāng)前焊接隊伍建設(shè)情況以及專業(yè)素質(zhì)情況。在開工之后，相關(guān)負責(zé)人員應(yīng)該對施工單監(jiān)理單位所制定的方案內(nèi)容進行反復(fù)審查。一旦發(fā)現(xiàn)某些細節(jié)要給存在不符合規(guī)范要求的情況，建議相關(guān)負責(zé)人員應(yīng)該對其進行針對性整改。除此之外，對于風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭以及筒體焊接施工期間所涉及到的關(guān)鍵工序內(nèi)容，建議相關(guān)負責(zé)人員應(yīng)該加強驗收監(jiān)督管理力度。需要注意的是，在現(xiàn)場焊接施工過程中，現(xiàn)場參建人員應(yīng)該主動承擔(dān)起自身的崗位職責(zé)，按照質(zhì)量優(yōu)先與綜合治理的理念原則，對施工現(xiàn)場所涉及到的焊接要點以及注意事項進行合理把握。一旦發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場焊接施工期間存在質(zhì)量缺陷問題，操作人員必須結(jié)合缺陷問題具體表現(xiàn)及成因，采取針對性措施加以消除。這樣一來，基本上可以為風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭及筒體焊接施工提供良好的質(zhì)量保障。

4 結(jié)語

總而言之，為加強對風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭與筒體焊接變形問題的預(yù)防與控制，建議工作人員應(yīng)該適當(dāng)改進風(fēng)力發(fā)電塔筒法蘭以及筒體焊接工藝。最好可以主動從成因識別以及預(yù)防管理等層面入手，嚴格按照控制變形方法，有效提高法蘭平面度以及內(nèi)傾度一次性合格率。這樣一來，不僅可以全面提高現(xiàn)場生產(chǎn)效率，同時也可以有效降低成本。最重要的是，與其他方法相較而言，這種操作方法具有較強的可操作性，并且可以很好地對法蘭焊接質(zhì)量進行有效控制，保證工程工期可以在規(guī)定時間內(nèi)完成。