风力发电机组机座焊接工艺与质量控制浅析

袁久明

（广东明阳风电产业集团有限公司，广东 中山 528437）

0 引言

随着近几年国内风电行业的快速发展，中国已成为世界风电装机和新增装机量第一大国。但是伴随而来的是风力发电机组大量严重的质量问题，形势日益严峻，维护成本急剧加大，严重阻碍了风电行业的发展，因此质量控制成为了亟待解决的问题。机座作为风力发电机组重要基本焊接支撑件，几乎承载了所有零部件的重量和外力载荷，一旦返修或更换，必然会涉及到其他相关零部件的拆卸，维护成本极大，故其前期的生产工艺和质量控制至关重要。本文重点对风力发电机组机座的焊接工艺与质量控制进行了研究。

1 机座材料及工艺流程

1.1 机座材料

机座材料为低合金高强度结构钢Q345。由于机座需要承受复杂的动静载荷，对板材有较高的综合机械性能要求，为防止内部缺陷，材料必须是UT 探伤板材，并且还需对每块厚度≥50 mm 的板材按面积的10%进行复验。

Q345的可焊接性能优良。焊接填充材料必须以等强度原则选择且性能要求符合最新相关标准。焊接填充材料质量及存储要严格控制，并需有相关质量文档予以证明。

1.2 机座工艺检验流程

图1为某风力发电机组机座整个制造工艺和检验流程图，本文只针对焊接工序的工艺要求和质量控制进行浅析。

2 机座焊接工艺质量控制［1，2］

2.1 开料和坡口制作

生产方应根据设计方现行图纸，自行绘制各板件的放样图，依据放样图使用数控切割机下料、预制，并做好可追溯性标记。钢板平面必须进行校平，可采用油压机进行校平，不建议用火焰校平。

根据机座功能要求，焊接坡口一般都有企业标准或技术规范予以规定。坡口应保持平整，不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷。钢材切割符合JB／T 5000.2规定，切割面或剪切面上局部切口深度超差的均应焊补或打磨平滑。

考虑到机组要安装大量电气、液压等易损元件，必须对所有板边进行去除毛刺、平整并倒圆，以保证其他零部件不会因此受到损伤。

2.2 焊接工艺评定

焊接前，生产方必须进行焊接工艺评定，各项机械性能测试结果均应满足设计要求。根据评定报告确定焊接方法、焊丝型号、焊丝直径、焊接电流、焊接速度、气体流量、每条焊缝的堆焊次数等参数。

2.3 焊接人员资质

所有施焊操作者必须持有有效的国内或国际焊工资质证书。

2.4 焊接组装

首先对板材进行外观检验。焊接坡口表面及距坡口边缘50mm 内必须打磨、修整，去除水、油污、锈蚀、积渣和其他影响到焊接质量的有害物质。

图1 机座工艺和检验流程图

焊接组装符合现行设计图纸规定，要充分考虑焊后焊接变形等因素引起的组装尺寸变化。焊接组装间隙不超过4mm，不开坡口角焊缝或对接焊缝组装间隙不超过1.5mm。

零部件均在焊接平台上进行组立。平台应用水准仪进行找正、调平，不平度≤1.5mm。组装前应划出装配位置线，按线位装配。装配过程中应合理安排装配顺序，必须考虑所有焊缝的焊接劳动强度和变形量。

组装时避免强力组装，定位焊缝长度及定位焊缝间距应合理布置，建议定位焊缝长度在25 mm～50mm之间，定位焊缝间距在200 mm～300 mm 之间，以防止焊接变形造成的机座尺寸超差。

机座部分组装工艺（主要考虑减小焊接变形和焊接操作简易性）如下：

（1）在焊接平台上校正并固定板1，再在板1上预制板2、4、6、7、8、9、10的安装基准线，便于安装焊接时尺寸的控制。同时准备焊接工艺刚性支撑架，如图2所示。

图2 机座前部分刚性支撑架简图

（2）板2、7与板1、4、6、8、9、10组焊，注意此钢板薄，组焊极易变形，可在其直线段距上部约200mm 处点焊H 型钢刚性固定，点焊固点不少于5处。焊接顺序是先将板2、7与立板4、6、8、9、10组焊完成，再与板1焊接。焊接方式是先打底焊，再单面焊接两层，背面清根焊一层（大坡口侧焊接，小坡口侧清根），然后就交替焊接。图3为机座前部分组装图

（3）板4、6、8、9、10与板1组焊，为防止变形和保证焊接形位公差，应对其立板设置刚性定位工装。另外为保证焊接质量和减小劳动强度，可把图3旋转90°立起来平焊，焊接方式同第（2）点。

图3 机座前部分组装图

（4）板3、5与板2、7、4、6、8、9、10组焊，可把图3翻转180°平焊，注意可点焊2件H 型钢固定板3、5相对位置。焊接方式同第（2）点。

本文并没有谈到定位焊接，生产方应注意选择合理的定位焊。

2.5 焊接技术要求

生产方须在焊前编制焊接工艺规程，焊接过程中应严格按照焊接工艺的要求控制相关焊接参数，并随时检查构件的变形情况。

焊接时焊枪尽量不摆动（如需摆动，则摆动不大于18mm，每道焊缝宽度不大于20mm，每道焊缝厚度＜10mm），采用窄焊道、多道多层焊。焊后检查，避免弧坑、未熔透及焊缝成形不良等缺陷。

焊接期间应严格进行层间清理，去除焊渣、飞溅、裂纹、咬边、未熔合、成形差的焊道或其他任何影响焊缝质量的缺陷。

对于板厚大于30mm 的机座板件，焊接前应进行预热，焊后进行后热，预热温度控制在1 000 ℃～1 500℃，预热区在焊道两侧，每侧宽度均应大于焊接厚度的2倍，且不小于75mm，在整个焊接过程中应随时加热以保证焊缝道间温度。

焊工在焊接时要考虑防止焊接变形，各焊缝要点焊牢固，控制焊接顺序和焊接方向，使焊接变形最小，以减小焊后校形工序，提高生产效率。

机座焊接件符合JB／T 5000.3规定，未注尺寸公差及形位公差按照标准中B、F级要求执行。

2.6 无损探伤

对所有开坡口焊缝都应按照GB 11345B 类I级标准进行100%超声波探伤检测。焊缝缺陷返修后必须复探并且同一部位不允许两次返修。

对钢板厚度不大于25mm 的对接焊缝，要求按照单面双侧检验；对钢板厚度大于25mm 的角焊缝，要求按照双面单侧检验。进行横向缺陷检测时，在焊接接头两侧边缘使探头与焊接接头中心线成10°～20°角作两个方向的斜平行扫查。

验收时，超声波探伤检测原则上在机座去应力退火后进行。为保证焊接质量，供方超声波探伤应分两次进行，分别在焊接盖面前和热处理后。

按照JB／T 4730.4I级标准对焊缝进行100%磁粉检测，焊缝表面不允许存在任何裂纹和白点缺陷。磁粉检测应在机座去应力退火冷却24h后进行。

2.7 去应力退火

转入去应力退火工序之前，生产方必须严格核实焊缝质量及变形量符合要求。为了去除焊接所产生的焊缝内应力，在焊缝检验合格后，按照相关标准（应核实技术工艺文件和过程能力是否符合要求）对机座进行整体去应力退火处理。注意产品不允许有弯扰翘曲现象，不允许以振动时效代替去应力退火。

3 结论

本文通过对一种风力发电机组焊接结构件机座的焊接工艺和质量控制要求进行浅析，从生产源头提出了其控制要点，为风机重要焊接结构件的制造工艺和质量控制方案的制定提供了参考，从而进一步保证风力发电机组运行的可靠性，降低其维护成本。另外本论文并没有深入对整个机座工艺组焊进行分析，加上风电机座结构形式不一，因此具体结构还需具体对待。

［1］ 成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2007.

［2］ 陈祝年.焊接工程师手册［M］.北京：机械工业出版社，2010.