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[摘 要]风力发电塔架制造技术作为当前新能源技术、新节能技术的代表，它对于风力发电的基础技术支撑作用不言而喻。而从技术角度讲，它的制造技术体系也相当复杂。为了提高风力发电塔架制造技术水平，本文就专门研究分析了其技术体系中比较有代表性的焊接与平面度控制技术，結合它们的制造技术难度来分析它们在塔架建设中的实际应用。
[关键词]风力发电塔架 制造技术 法兰 焊接变形 平面度控制
中图分类号：X411 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0144-01
风力发电机塔架俗称“塔架”，它是风力发电系统的主要承载部件环节。在风力发电机机组体系中，塔架的重量会占到整个机组总重量的1/2，而其制造成本也会占到整个机组的15%～20%左右。近年来我国风力发电技术快速发展，其发电机组总容量已经能达到3MW以上，风轮直径也有所加长（80～100m），塔架高度最高能够达到100m以上。这些技术指标的提升也说明风力发电塔架在我国风力发电行业领域中应用地位的提升。
1、塔架制造的整体工艺流程简述
塔架制造的整体工艺流程分为几个环节，它就包括了塔架筒节单节纵缝焊接、小节组对、大节组对这三大环节的整体工艺制造流程。本文主要希望探讨的是它的焊接技术环节，所以给出塔架制造工艺方面的整体工艺流程，如下：
组对——内焊接——清根——外焊接——焊接检验——探伤——门孔画线——门框组焊——门框组焊检验——内件预组装——拆除内件——喷砂——喷涂——内件组装——检验——贮存包装——运输
2、塔架法兰焊接技术研究分析
塔架制造主要由连接法兰与滚制筒体共同焊接而成，塔架本身所承受的主要作用力多来自于风力作用，像叶轮推力、陀螺力矩、扭矩、弯矩、电机齿轮箱振动受力变化摆动等等。整体来讲塔架的法兰筒体焊接技术环境相当复杂，所以如何控制塔架两端位置的法兰焊接连接成为控制塔架平面度，优化整体制造质量的技术难题。
（1）对塔架法兰平面度与内倾度设计
在塔架筒体上段顶部位置存在法兰总装，它的风电机组机舱推力与轴承直接连接，因此在该位置的焊接形位公差控制方面要求加高，一般来说塔架在焊接以后的顶部法兰平面度都要控制在0.5mm以内，基础环法兰平面度则要控制在1.5mm左右，其它法兰平面度要求在2mm左右，而法兰的内倾斜度则要控制在0～1.5mm。
（2）法兰焊接产生变形的成因
法兰与筒体的焊接主要是环缝焊接，这种环缝焊接以法兰内侧坡口为基础，在焊接过程中首先要先焊接内缝，再采用背面清根焊焊接外缝。在整个焊接过程中，由于焊缝附近法兰脖颈位置温度过高，法兰在无约束状态下一定会迅速膨胀，而当焊接缝逐渐冷却后，法兰却会因为厚度、刚度过大而无法与冷却后的法兰焊缝尺寸一致，导致焊缝趋于收缩应力无法抵消，形成焊缝区法兰面内侧外翻，专业领域称之为“角焊缝”。“角焊缝”会引发法兰与筒体组对不匹配，间隙过大而导致法兰层放置不平，在焊接过程中就会出现“波浪变形”现象，如此变形会直接影响到法兰面焊接后的塔架平面度与椭圆度质量。
（3）法兰焊接变形的控制方法
法兰焊接变形的控制方法主要有两点：第一，要在法兰采购过程中预留内倾量。一般来说塔架顶部的法兰焊前平面度要控制在0.35mm以内，而焊后顶部法兰平面度则要求在0.5mm左右，内倾度则控制在0～0.5mm。在法兰采购过程中一定要预留内倾量，进而提高法兰塔筒焊接过程中内倾量的一次生产合格率，并通过反复试验来确定这一内倾量（约在1.50+0.2mm）。换言之，要在采购法兰过程中预留焊接反变形度，配合工艺改进保证法兰与筒体焊接内倾度一次合格（合格率要在97%以上），基于此来提高塔架的生产制造效率与发电运营经济效益。
第二，要采用对把固定法来控制法兰角变形，确保法兰焊接满足塔架制造技术条件基本要求，必要时也要增加法兰厚度至少2～3mm左右，可采用垫片焊接变形控制方法，用6个以上的垫片来实现法兰与筒体之间的相互定位销连接。而顶法兰把紧位置则需要增加垫片厚度（增加到1.5～2.0mm），这样也可有效控制焊接变形问题。如果垫片数量少于6个，则要把紧对称法兰，保证法兰层均匀受力，提高法兰外缘的结合严密度，以保证控制法兰波浪变形及间隙量[1]。
3、塔架法兰平面度控制技术研究分析
在塔架法兰与筒体焊接过程中，一方面要注重其波浪变形问题，一方面也要严格控制法兰平面度，在确保法兰焊接顺序正确的基础之上，提出控制法兰平面平整度的相关技术注意事项。
（一）法兰环缝的正确焊接顺序
在对塔架法兰与筒体进行焊接过程中，要明确法兰面联合时的平面度与内倾度，保证法兰外部平面度，避免出现法兰连接口“内侧外翻”的现象。首先要对焊缝坡口位置进行V字形单面处理，直接对应法兰连接面的“内侧外翻”问题，然后从焊缝内部的第二层开始焊接，首先对内环缝的首层进行焊接处理，然后利用碳弧气刨清根技术方法来针对外侧环缝进行焊接，以便于实施第二次焊接处理。最后对法兰内层进行第三次焊接，3次焊接过程要一气呵成，避免在焊接过程中对塔架法兰平整度带来负面影响[2]。
（二）法兰平面度的有效控制技术要点
法兰平面度有效控制相关技术要点包含以下3点。
第一，要严格监督法兰进厂质量。在法兰组对过程中，需要首先采用一个刚度相对较大的组对载体（载体平面度标准为0.499mm）来配合激光测平器对法兰内部平整度进行测量，保证平面度检测结果不超过0.499mm，而内部倾斜度则要控制在0～1.50mm范围内。在测量试验过程中要将所有检测点平面值都记录下来，当法兰与筒体组对完毕以后，利用检测点数值调整法兰焊接技术内容，实现对法兰层平面度的严格控制。
第二，要严格监督滚制筒体的质量。首先保证筒体尺寸符合规格，即它的长边尺寸要在±1.99mm左右，短边尺寸则要控制在±0.99mm左右，而对角线长度则要在2.99mm以内。
在进行筒体与法兰的强力组对过程中，首先要确定滚制筒体的成品品质，保证筒体在焊接处理后其椭圆度在1.004以内，而棱角度则要控制在2.99m以内。最后就是法兰筒体二者组装过程中要保证接触面之间不存在任何缝隙，尽可能减少焊接收缩程度，这是为了避免法兰面出现波纹状而导致其平面度受到影响。
第三，在法兰焊接后要注意一点问题，那就是要在焊接过程中明确工艺参数，如果工艺参数不合适可能会在法兰脖颈位置产生纵向贯通裂纹，即焊接后冷裂纹。严重时可能导致无法修复，法兰整体报废。所以说要重视筒体与法兰的焊接过程，做好质量检查工作，一般利用MT检测方法对法兰的脖颈位置表面裂痕检查，检测其平面度。通过检测结果再来调整法兰与筒体的组对手法，尽可能避免出现强力组对[3]。
总结：
风力发电塔架在制造过程中重点要注重对法兰与筒体的焊接与平面度技术把握，正视技术难点，重视塔架整体建设质量，确保风力发电机组的正常有效运行。
参考文献
[1] 王文超.浅谈风力发电塔架焊接难点与技巧分析[J].建筑工程技术与设计，2017（29）：227-227.
[2] 刘海霞.风力发电塔架焊接缺陷及防治措施[J].河南科技，2014（3）：112.
[3] 刘海霞.风力发电塔架法兰平面度控制技术[J].河南科技，2014（4）：124-125.
[关键词]风力发电塔架 制造技术 法兰 焊接变形 平面度控制
中图分类号：X411 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0144-01
风力发电机塔架俗称“塔架”，它是风力发电系统的主要承载部件环节。在风力发电机机组体系中，塔架的重量会占到整个机组总重量的1/2，而其制造成本也会占到整个机组的15%～20%左右。近年来我国风力发电技术快速发展，其发电机组总容量已经能达到3MW以上，风轮直径也有所加长（80～100m），塔架高度最高能够达到100m以上。这些技术指标的提升也说明风力发电塔架在我国风力发电行业领域中应用地位的提升。
1、塔架制造的整体工艺流程简述
塔架制造的整体工艺流程分为几个环节，它就包括了塔架筒节单节纵缝焊接、小节组对、大节组对这三大环节的整体工艺制造流程。本文主要希望探讨的是它的焊接技术环节，所以给出塔架制造工艺方面的整体工艺流程，如下：
组对——内焊接——清根——外焊接——焊接检验——探伤——门孔画线——门框组焊——门框组焊检验——内件预组装——拆除内件——喷砂——喷涂——内件组装——检验——贮存包装——运输
2、塔架法兰焊接技术研究分析
塔架制造主要由连接法兰与滚制筒体共同焊接而成，塔架本身所承受的主要作用力多来自于风力作用，像叶轮推力、陀螺力矩、扭矩、弯矩、电机齿轮箱振动受力变化摆动等等。整体来讲塔架的法兰筒体焊接技术环境相当复杂，所以如何控制塔架两端位置的法兰焊接连接成为控制塔架平面度，优化整体制造质量的技术难题。
（1）对塔架法兰平面度与内倾度设计
在塔架筒体上段顶部位置存在法兰总装，它的风电机组机舱推力与轴承直接连接，因此在该位置的焊接形位公差控制方面要求加高，一般来说塔架在焊接以后的顶部法兰平面度都要控制在0.5mm以内，基础环法兰平面度则要控制在1.5mm左右，其它法兰平面度要求在2mm左右，而法兰的内倾斜度则要控制在0～1.5mm。
（2）法兰焊接产生变形的成因
法兰与筒体的焊接主要是环缝焊接，这种环缝焊接以法兰内侧坡口为基础，在焊接过程中首先要先焊接内缝，再采用背面清根焊焊接外缝。在整个焊接过程中，由于焊缝附近法兰脖颈位置温度过高，法兰在无约束状态下一定会迅速膨胀，而当焊接缝逐渐冷却后，法兰却会因为厚度、刚度过大而无法与冷却后的法兰焊缝尺寸一致，导致焊缝趋于收缩应力无法抵消，形成焊缝区法兰面内侧外翻，专业领域称之为“角焊缝”。“角焊缝”会引发法兰与筒体组对不匹配，间隙过大而导致法兰层放置不平，在焊接过程中就会出现“波浪变形”现象，如此变形会直接影响到法兰面焊接后的塔架平面度与椭圆度质量。
（3）法兰焊接变形的控制方法
法兰焊接变形的控制方法主要有两点：第一，要在法兰采购过程中预留内倾量。一般来说塔架顶部的法兰焊前平面度要控制在0.35mm以内，而焊后顶部法兰平面度则要求在0.5mm左右，内倾度则控制在0～0.5mm。在法兰采购过程中一定要预留内倾量，进而提高法兰塔筒焊接过程中内倾量的一次生产合格率，并通过反复试验来确定这一内倾量（约在1.50+0.2mm）。换言之，要在采购法兰过程中预留焊接反变形度，配合工艺改进保证法兰与筒体焊接内倾度一次合格（合格率要在97%以上），基于此来提高塔架的生产制造效率与发电运营经济效益。
第二，要采用对把固定法来控制法兰角变形，确保法兰焊接满足塔架制造技术条件基本要求，必要时也要增加法兰厚度至少2～3mm左右，可采用垫片焊接变形控制方法，用6个以上的垫片来实现法兰与筒体之间的相互定位销连接。而顶法兰把紧位置则需要增加垫片厚度（增加到1.5～2.0mm），这样也可有效控制焊接变形问题。如果垫片数量少于6个，则要把紧对称法兰，保证法兰层均匀受力，提高法兰外缘的结合严密度，以保证控制法兰波浪变形及间隙量[1]。
3、塔架法兰平面度控制技术研究分析
在塔架法兰与筒体焊接过程中，一方面要注重其波浪变形问题，一方面也要严格控制法兰平面度，在确保法兰焊接顺序正确的基础之上，提出控制法兰平面平整度的相关技术注意事项。
（一）法兰环缝的正确焊接顺序
在对塔架法兰与筒体进行焊接过程中，要明确法兰面联合时的平面度与内倾度，保证法兰外部平面度，避免出现法兰连接口“内侧外翻”的现象。首先要对焊缝坡口位置进行V字形单面处理，直接对应法兰连接面的“内侧外翻”问题，然后从焊缝内部的第二层开始焊接，首先对内环缝的首层进行焊接处理，然后利用碳弧气刨清根技术方法来针对外侧环缝进行焊接，以便于实施第二次焊接处理。最后对法兰内层进行第三次焊接，3次焊接过程要一气呵成，避免在焊接过程中对塔架法兰平整度带来负面影响[2]。
（二）法兰平面度的有效控制技术要点
法兰平面度有效控制相关技术要点包含以下3点。
第一，要严格监督法兰进厂质量。在法兰组对过程中，需要首先采用一个刚度相对较大的组对载体（载体平面度标准为0.499mm）来配合激光测平器对法兰内部平整度进行测量，保证平面度检测结果不超过0.499mm，而内部倾斜度则要控制在0～1.50mm范围内。在测量试验过程中要将所有检测点平面值都记录下来，当法兰与筒体组对完毕以后，利用检测点数值调整法兰焊接技术内容，实现对法兰层平面度的严格控制。
第二，要严格监督滚制筒体的质量。首先保证筒体尺寸符合规格，即它的长边尺寸要在±1.99mm左右，短边尺寸则要控制在±0.99mm左右，而对角线长度则要在2.99mm以内。
在进行筒体与法兰的强力组对过程中，首先要确定滚制筒体的成品品质，保证筒体在焊接处理后其椭圆度在1.004以内，而棱角度则要控制在2.99m以内。最后就是法兰筒体二者组装过程中要保证接触面之间不存在任何缝隙，尽可能减少焊接收缩程度，这是为了避免法兰面出现波纹状而导致其平面度受到影响。
第三，在法兰焊接后要注意一点问题，那就是要在焊接过程中明确工艺参数，如果工艺参数不合适可能会在法兰脖颈位置产生纵向贯通裂纹，即焊接后冷裂纹。严重时可能导致无法修复，法兰整体报废。所以说要重视筒体与法兰的焊接过程，做好质量检查工作，一般利用MT检测方法对法兰的脖颈位置表面裂痕检查，检测其平面度。通过检测结果再来调整法兰与筒体的组对手法，尽可能避免出现强力组对[3]。
总结：
风力发电塔架在制造过程中重点要注重对法兰与筒体的焊接与平面度技术把握，正视技术难点，重视塔架整体建设质量，确保风力发电机组的正常有效运行。
参考文献
[1] 王文超.浅谈风力发电塔架焊接难点与技巧分析[J].建筑工程技术与设计，2017（29）：227-227.
[2] 刘海霞.风力发电塔架焊接缺陷及防治措施[J].河南科技，2014（3）：112.
[3] 刘海霞.风力发电塔架法兰平面度控制技术[J].河南科技，2014（4）：124-125.