风力发电机塔筒制造的过程控制方案

薛 端 阳

（北方重工集团有限公司 备料分公司，辽宁 沈阳 110141）

风力发电机［1］是目前较先进的环保型发电设备，在全世界得到广泛的使用.塔筒是风力发电机的基础设备，其总高有50～60m，分两段或三段，直径2.8～3.5m，总重量42～73t不等.如图1所示［2］.风力发电机塔架尺寸要求精确，内部及外观要求质量高，焊后焊缝要求100%的超声波探伤，对工艺的要求细致准确.生产该产品钢材消耗大，占用空间大，如果在制造过程中出现质量问题，返修容易拖长产品的生产周期，报废则会形成钢材的巨大浪费.因此，制定完善的风电机塔筒制造过程控制方案避免以上情况的发生十分必要.使用本文所述的制造过程控制方案生产出的风电机塔筒产品完全符合图纸及质量标准要求.

1 风力发电机塔筒的生产过程分析

结构件的生产主要是由下料－成形－组对－焊接－检验这几大工艺过程组成.以往生产时，只注重下料放样展开，生产过程中的质量控制和检验比较容易被忽视.笔者针对大批量和大结构的风电机塔筒进行了多次的研究与分析，认为此件易出问题的部位应该重点控制，如下料件的尺寸、弯曲后件的尺寸与形状、组对的错边量、焊缝的质量、矫形后的圆度、总装后的尺寸和外观情况等，必须制定严格的下料放样检验工艺，把好质量关.

2 过程控制方案的确定

2.1 下料过程的质量控制

风电机塔筒段节为锥体结构，其展开图如图2所示.

A、B、C 分别为外弦长、内弦长及总高，R、r、α分别为展开大、小半径及展开角［3］.塔筒下料要求数控切割，不允许拼接，其展开图由编程室计算给出.此道工序为第一道工序，决定下面工序的质量好坏，是基础，其尺寸差、外观差都会给下道工序乃至最后产品留下质量上的缺欠.为此，必须对此件的下料工序进行重点检验.

要对进料的厂家进行资格评审，把好进料质量关.进料后进行标志移植，注明此板的厚度、尺寸，标明下料的图号及顺序号（合同号、台次、图号、序号等）.设备管理部应对数控切割机进行必要调试，保证精度在±2mm，展开图要进行认真检验，要求各方签字且不能有字迹不清和模糊的现象.

下料后要对照展开图进行尺寸检验.因为此件尺寸较大，半径测量比较困难，检查部应对图2中标明的A、B、C 尺寸进行严格的测量和控制，同时做好检测记录.另外对展开件进行划线，划出十字线，打冲眼，做标记，如图3所示.

2.2 组对成形过程的控制方案

从节约材料的角度，打破原来生产时塔筒展开留压头的生产习惯.现阶段风电机塔筒开始投料时，经过理论上的推算和平时的经验积累，决定不留压头，如图4 所示阴影为压头量，A、B、α为实际下料尺寸.这给风电塔筒体的预弯及最终的滚制成形带来了相当大的难度，也为冷煨后的质量控制提出了更高的要求.

不留压头是为了节约原材料，留压头是为了避免直头.直头的情况如图5所示，直头的产生是滚板机的加工特点决定的.滚板机的断面结构如图6所示，直边在压头处，其主要原因是三辊卷板机的两下辊之间有一定的间隙，即使是零间隙，也是无法避免直头的，因为两辊之间的弧面始终是断续的，所以直头是必然的.

为严格控制滚板质量，特别是压头的预弯问题.压头的问题必须解决，否则，直边无法避免，而且没有溜圆达图的可能.在此有两种方案，一个是制作上下胎，然后在油压机上用胎压，如图7 所示；另外一个是用胎板在滚板机上压弧，如图8所示.现两种方法都是可行的，效果是一样的.为了减少成本研究选用胎板压弧.

因为工件的弧度不一样，其实直径有大有小，如果一个工件用一个胎板，那么所需的胎板就得很多，用料量很大.为解决这个问题，选择一种胎板尺寸与直径尺寸居中的工件，用此压制所有工件的压头.筒体件必须先压弧，这是毋庸置疑的，但是压头不是必须得达到图纸的弧度，这一点，从理论上和实际当中都可以得到解释和验证.一般来讲，压头的弧度达到图纸尺寸的1／2弧度就可以，而且半径越大就越明显.因为压头对于整个圆周来说，只是很小的一部分，而且随着半径的加大，弧度越来越小，也就是越接近于直的.风电塔直径都在2.5m 以上，实现这一点并不是很困难.关于滚弧，除了在制作工艺方法上予以保证之外，还要在检验手段上进一步加强.在班组进行压头和滚弧时，必须仔细阅读图纸和工艺，按照生产组织的循序，看准图号、件号，也就是说使图号与标志号一致，而且对尺寸要进行再次核对，然后再进行压头的滚弧，压制过程中，用样板进行检查，以达到图纸的弧度要求.同时对标志号和标志线进行复查，标记清楚，并做好记录.

2.3 组对件质量控制方案

该件冷煨成形后，进行合口，如图9所示，合口后上下不能错边，厚度方向不能错口，圆度要保证在±4mm 左右.可以通过肉眼和尺测来检验，合格后进行纵缝的焊接［4］，焊后进行100%超声波检验，焊完合格后，进行焊接变形的矫正，主要是上滚床溜圆.溜后对锥体筒节的高度、圆度及上下面的平面度、同心度进行仔细测量，合格才可以走工序，以保证整体组对后的同心度.做好标记和记录.

对于接环缝，一般情况下，每节锥体高2.3m左右（见图9），每个段节最长的达28m，接环缝最理想的组对方式应该是立装，这样既方便又准确.但由于现场厂房及吊起高度的限制，所以不能完全立装，超高部分必须卧装.

根据工艺要求，筒节接环缝前，接口的圆度、展开长要重新测量，找出它的十字基准线，做好接口的准备.接口处，焊缝要错开180°，两节筒体的十字线要对正，错边量要均匀，不能超过1mm，然后用靠尺检查其组对质量（圆周方向不少于6点），靠尺靠严了，说明无错边量，两节的锥度和同心度是一致的（因为每节的上下口平面度、同心度都检查过才可接口），同时，用靠尺检查相邻两节的十字线是否对正.

无论卧式还是立式组对，都要保证整个筒体的同心度，同时也要保证锥度的一致性.这样，立起之后，就会确保它的垂直度.

2.4 焊缝［5］质量控制方案的确定

由于塔筒的工作环境较差，所以按图纸和标准要求得非常严格.焊缝要求100%的超声波检验，甚至射线检验.为了保证焊接质量，焊工技术必须要过硬，经过培训持证上岗；设备要使用自动焊，焊接坡口使用半自动切割V 形，既提高工作效率也保证焊接强度.

对焊接质量的控制，保证探伤是必须的，外观上要无咬边，无凹坑，无飞溅，无焊瘤，焊缝高度保证1～2mm，宽度要均匀一致，总之，要保证外形美观，探伤合格.保留探伤报告，保证问题出现的可追溯性.

3 实施效果

由于该控制方案比较详细，对全过程进行质量跟踪，认真执行不合格品不准转序，严把下料关、组对关、焊接关，从而确保了风塔的制造质量［6］，无返修报废部件的产生，节约原料降低了生产成本.

4 结 论

风力发电机塔筒制造的过程控制方案主要从下料开始，打好产品的质量基础，层层检验、层层把关，杜绝质量事故和原材料浪费的发生.制定完备的生产过程控制方案可以增加企业的生产利润，对企业的发展壮大有着相当重要的作用.

［1］任清晨.风力发电机组工作原理和技术基础［M］.北京：机械工业出版社，2010：5－9.（Ren Qingchen.Working Principle and Technical Foundation of Wind Turbine［M］.Beijing：China Machine Press，2010：5－9.）

［2］钱可强.机械制图［M］.5版.北京：中国劳动社会保障出版社，2007：203－216.（Qian Keqiang.Mechanical Drawing［M］.5th Edition.Beijing：China Labor and Social Security Publishing House，2007：203－216.）

［3］翟洪绪，翟纯雷.实用钣金展开计算法［M］.北京：化学工业出版社，1999：47－48.（Zhai Hongxu，Zhai Chunlei.Practical Calculation Methods of Sheet Metal Unfolding［M］.Chemical Industry Press，1999：47－48.）

［4］陆秋生.冷作钣金工［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2005：72－76.（Lu Qiusheng.Cold Sheet Metal Worker［M］.Beijing：China Labor and Social Security Publishing House，2005：72－76.）

［5］许镇宇，邱宣怀.机械零件［M］.修订版.北京：人民教育出版社，2004：84－90.（Xu Zhenyu，Qiu Xuanhuai.Machine Parts［M］.Revised Edition.Beijing：People's Education Press，2004：84－90.）

［6］朱国辉，汤亨强，柯章伟，等.1215钢动态应力－应变行为［J］.沈阳大学学报：自然科学版，2013，25（2）：104－107，127.（Zhu Guohui，Tang Hengqiang，Ke Zhangwei，et al.Dynamic Stress－strain Behavior of 1215Steel［J］.Journal of Shenyang University：Natural Science，2013，25（2）：104－107.）