风电塔架Q345E钢厚板X型坡口无碳刨清根高效焊接技术

作者:徐少华;毛小飞;黄以会;赵炜; 刊名:热加工工艺 上传者:李自波

【摘要】高效化焊接技术是当前焊接领域研究热点。本文针对新能源风力发电塔架采用Q345E-Z35低合金高强度结构钢,使用X型坡口、GMAW打底焊、SAW填充焊的工艺进行了试验及焊接接头的力学性能测试和分析。结果表明,焊接过程中采取必要的工艺措施能防止焊接冷裂纹的产生,同时新工艺有无碳弧气刨清根工序(高效),力学性能满足工况使用要求,为同类海上风电单机5 MW塔架厚板焊接技术提供了参考。

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上海青草沙48MW风电场项目,选用W2000M-93-80机组型号,单机额定功率2000kW,轮毂中心高度80m,风轮直径准93m,计24套。塔架结构形式为管状锥筒塔式,塔筒连基础环共5段,两塔筒之间采用10.9级高强紧固件连接,塔架技术数据见表1,其中基础环下法兰厚度110mm,底段门框厚度60mm。塔架筒体材质Q345D,钢板厚度超过30mm,正火状态交货,基础环下法兰和门框要求厚度方向性能Z35级别;法兰材质Q345E-Z35;单机设备质量197t。上述工程施工前,必须先进行焊接工艺评定,且评定内容需经设计方和业主认可。传统的焊接方法采用FCAW或FCAW+SAW[1-2],接头V型坡口,焊接工艺为:正面预热正面焊接反面碳弧气刨清根打磨坡口磁粉探伤反面预热反面焊接。传统制作缺点:1碳刨清根工序操作使法兰容表1上海电气风电W2000M-93-80机型塔架数据Tab.1WindpowerW2000M-93-80towerdataofShanghaielectric塔节名称基础环底段中1段中2段顶段高度/m3.71011.21517.65022.63025.370直径/m4.200/4.6214.109/4.2003.815/4.1093.435/3.8153.005/3.435厚度/mmt110/t42t60/t42/t30t28/t26/t24/t22t22/t20/t18/t16t16/t14/t22易产生焊接变形,焊接变形主要表现在法兰平面度、法兰面内倾量(即法兰角变形)、法兰椭圆度均不达标。2碳刨过程在刨削表面会产生增碳层和淬硬层[3],需要打磨1.0mm表面层后才能施焊,额外辅助耗材浪费,工效低,施工成本高。3采用内、外侧清根都有缺陷。如果外侧碳刨清根,火花飞溅伤人,存在安全隐患。如果内侧清根,塔筒内环境恶劣,大量烟雾粉尘、噪声、弧光辐射对筒体操作人员严重伤害。4碳刨清根工序对操作工人技术要求高,清根后的焊缝宽窄不一,深浅不匀,导致后续返修。探索高效环保的焊接工艺,是所有风电塔架生产企业都在研究的课题。本文提出无碳刨焊接工艺:采用X型坡口GMAW打底焊后再进行正反面埋弧填充焊接,与传统工艺相比焊接效率提高20%以上,节省耗材,工人劳动强度低。1试验材料及方法1.1青草沙项目母材厚度认可范围按照ISO15614-1-2004焊接工艺评定试验第8.3.2.2条规定[4],对接焊缝材料厚度的认可范围值:试件厚度12mm0.5%的钢材其淬硬倾向显著,容易冷裂,必须严格控制焊接热输入和采取预热、后热处理等工艺措施,防止冷裂纹的产生。而青草沙项目中Q345E钢厚板70mm试件碳当量CE=0.4%,焊前需预热防止氢致开裂。在中国船级社《海上风力发电机组认证规范》第3.2.2.3条规定:285MPa25mm厚板和高约束焊接接头一般要求预热。打底焊采用纯CO2气体保护焊,气体流量15~20L/min,打底焊焊缝高度4mm。填充和盖面采用埋弧焊,层间温度150,焊剂覆盖厚度为30~40mm,背面无碳刨,无清根工序。焊接工艺参数见表5。做好防风措施,风速2m/s。为了消除焊接应力,每道焊缝结束后使用焊渣锤敲击焊缝并清理。厚度110mm基础环下法兰和厚度60mm的门框,有焊后后热工序,温度控制为300~350,加热1h后关闭烘枪用石棉覆盖保温使其缓慢冷却,便于氢扩散逸出,后热的目的是防止延迟裂纹的产生。2试验结果及分析2.1外观检查和无损检验现场检查焊缝金属与母材熔合较好,焊缝和热影响区没有出现裂纹、未熔合、夹渣、弧坑、气孔和咬边等焊接缺陷。对接焊缝余高3m

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