风电塔架制造工艺及质量控制措施的研究分析

甄栋竹 赵立刚 宋国瑞

中车兰州机车有限公司 甘肃 兰州 730000

作为风力发电系统中的重要组成，风电塔架的制造质量关乎到风力发电系统能否稳定运行。风电塔架是转子、风电机舱的主要载体，现阶段常用的风电塔架类型包括管状、格子状塔架，无论哪种塔架类型，都具有形式复杂、跨度大等特点。而在塔架制作过程中，涉及到焊接技术的应用，其焊接质量直接影响到塔架结构的整体稳定性。为最大化发挥出风电塔架的作用与效能，需重视对塔架制作工艺的全面把控，结合对科学质量控制措施的实施，确保塔架生产质量满足预期标准。

一、塔架生产工艺分析

所谓工艺流程，是指借助相关设备工具将原材料、半成品制作成成品的过程，其生产过程具有连续性、顺序性特点。当前风电塔架的具体生产工艺流程如下图所示。

图一 风电塔基制作工艺流程

二、风电塔架制作质量控制措施

(一)生产准备

1.原料质量控制。针对风电塔架的制作，其材料组成包括环板材、筒体法兰、筒体板材、门框板材、环法兰、焊材等[1]。在塔架具体制作过程中，需在制作前进行塔架结构图纸的细致审核，明确图纸中是否存在问题与缺陷。同时，前期准备阶段需强化开展材料采购与检验工作，按照相关标准要求进行各个材料性能、质量的检查。具体为：(1)按照《承压设备无损检测》标准要求进行门框、筒体、基础环板材性能与质量的检查。同时，在材料检验期间要求供应商出具材料的出厂证明、合格证等文件[2]。(2)材料使用前需开展二次复检，按照《热轧钢板和钢带尺寸、重量、外形、允许偏差》等文件标准进行板材尺寸、允许偏差、质量以及外形等参数的检测。

2.钢板下料。为保证焊接作业的顺利开展，需重视对钢板下料质量的严控。具体作业期间，其质量控制要点为：(1)按规范要求控制钢板下料的宽度、长度、对角线允许偏差，分别为≦2 mm、≦2 mm、≦3 mm。(2)钢板切割作业时，尽可能避免出现氧化渣、沟槽等问题。若钢板表面出现沟槽问题，必须对钢板进行打磨与修补，保证钢板下料的质量达到预期要求。(3)针对完成制作的钢板，需利用钢字头进行标记编号，并严格按照坡口图开展焊缝作业[3]。

(二)装配与焊接质量控制

1.钢板卷制。钢板卷制作业前，相关工作人员需借助压缩空气进行氧化渣的清理，确保钢板表面不存在杂物。在具体卷制作业期间，要求人员严格按照规范规程进行钢板卷制，并利用相关测量仪器进行卷制弧度的测量，确保其卷制效果达到标准要求。同时，工作人员需结合以下要点强化钢板的卷制：(1)横截面圆度公差、外圆周长偏差、错边量分别控制在≦1.005、≦5 mm、≦1.0 mm 之内。(2)若板厚在≦30 mm 时，需借助最小值为500 mm 的内外样板进行测量，若厚度为≧30 mm 时，需借助最小值为800 mm 的内外样板进行测量[4]。

2.筒节与法兰装配。结合实际情况采用外壁对齐方法筒节、法兰的装配，控制环缝的对口错边量控制在2.5 mm 之内。需注意，具体装配过程中，针对相邻的筒节，需将其纵缝以180°错开。若错开角度无法达到180°，需结合实际情况将其错开度控制在170～180°范围内。塔架两端面的法兰平面度需控制在3 mm 之内，同轴度则需控制在2.5 mm 内。等到装配作业完成，要求人员进行法兰内倾度、平面度的检查，确保其检查结果合格后方可开展下一道工序作业。

3.门框与筒体环缝焊接。严格按照工艺规范进行筒节环缝的焊接，需注意，在环缝焊接作业期间，应以错开焊接的形式进行每层接头的焊接，并确保熄弧处与起弧处的纵缝呈现出错开的状态。在控制焊缝过渡时，需以1：4的比例进行不同厚度焊缝的过渡，保证其过渡的平滑性。具体焊接作业期间，按照规定要求将筒体两端法兰的同轴度、平面度、圆跳度分别控制在≦3 mm、≦3 mm、≦2 mm 内。

针对门框焊接作业的开展，为避免出现门框焊接变形的问题，可借助对称分散焊接的方式进行门框的高质量焊接。同时，利用刚性固定支撑进一步强化门框变形问题的控制。若焊接作业过程中发现门框需拼接，则需以错开的形式进行筒体环与拼接焊缝的设置，并控制错开角度为90°。需注意，为避免门框焊接作业出现裂纹、气孔等问题，需在焊接前对焊点进行预热处理，控制预热范围保持在焊点周围位置150 mm 以内即可。

(三)焊后检测与防腐处理。等到塔架焊接作业结束，需借助无损检测技术进行焊缝检测。不同焊缝的检测标准存在差异，所以在焊后检测时，工作人员需按照不同技术标准开展针对性的焊缝检测。而针对防腐措施的实施，作为塔架制作的最后工序，防腐措施应用是否合理，直接影响到塔架的运行年限。因此，在塔架防腐处理时，工作人员需在保障防腐质量符合要求的前提下，尽可能提升防腐措施处理后塔架的整体美观性。具体防腐处理，可以对塔筒与附件进行喷砂处理，做好结构的整体除锈。此外，针对塔架的油漆涂装，需在厂房室内进行，并在油漆涂装作业开展期间，涂装空间内的湿度、温度、洁净度达到标准要求，确保塔架的防腐处理达到标准效果要求。

结束语

风电塔架的制作，若其中任何一个流程出现质量问题，都会直接影响到塔架的整体制作质量。鉴于此，为保证塔架制作质量达到标准要求，必须重视对塔架制作工艺流程的严控，按照规范标准对各个流程工序作业的开展进行规范与约束，提升塔架制作工艺水平，在保障塔架制作达到标准质量要求的同时，有效延长风电塔架的运行寿命。