專利名稱：一種風電管塔式塔架的制備方法
技術領域：
本發明涉及風力發電設備的制造技術領域，具體涉及一種風電管塔式塔架的制備方法。
背景技術：
風能作為一種清潔的可再生能源，風力發電是除水資源開發外，技術最成熟、最具大規模的發電方式。風力發電具有清潔、保護環境、經濟效益好、可再生、永不枯竭、基建周期短、占地少、投資少、裝機規模靈活、技術相對成熟、自動控制水平高、運行管理人員少等優點。并網型風力發電機組的設計壽命一般為20年，塔架高度在40 m以上，位于塔架頂部的機艙重達幾十噸。目前風力發電機組單臺設計容量越來越大，塔架高度也越來越高。 作為風力發電機組的重要組成部分一機組塔架，其同心度、失圓度及上下面平行度等制造尺寸公差要求很高，焊縫質量要求很嚴格，因此其制作難度較大。現有技術中，塔架類型主要有桁架式、管塔式等。桁架式塔架造價低廉，缺點是維護不方便。管塔式塔架用鋼板卷制焊接而成，形成上小下大的圓錐管，內部裝設扶梯直通機艙。管塔式塔架(亦稱塔筒)結構緊湊，安全可靠，維護方便，且外形美觀，雖然造價較桁架式塔架高，但仍被廣泛采用。風電塔筒是風電機組的關鍵配套設備，是風電機組重要的組成部分，是整機安全運行的前提和保證。因此，塔筒制造技術要求高，一臺1. 5麗風電機組，塔高70 m,同軸度要求< 50mm，法蘭平行度< 2mm，法蘭平面度< 2mm，直線度< 1/1000，筒節組對錯邊量< 3mm。 目前，我國風電塔筒的生產工藝流程一般如下數控切割機下料，厚板需要開坡口，卷板機卷板成型后，點焊，定位，確認后進行內外縱縫的焊接，圓度檢查后，如有問題進行二次較圓，單節筒體焊接完成后，采用液壓組對滾輪架進行組對點焊后，焊接內外環縫，直線度等公差檢查后，焊接法蘭后，進行焊縫無損探傷和平面度檢查，噴砂，噴漆處理后，完成內件安裝和成品檢驗后，運輸至安裝現場。其中傳統筒體組對為立式組對，具體操作方法為先將第一節筒節立式放在平整的地面上，行車采用豎板吊鉗起吊，將第二節筒節置于第一節筒節上，縱縫相錯180°。行車始終處于輔助狀態。以縱縫為基準，沿圓周方向依次強力組對、 焊固。組裝完畢后，焊接修磨豎板吊鉗留下的1 mm左右的抓痕與原筒節母材一致，這種裝配方式組裝質量不穩定，工作效率低，工人勞動強度大，行車利用率低，造成極大的資源浪費。為了提高焊縫的強度，日本專利JP2005-041092公開了用于高強度Cr-Mo鋼且低溫韌性和抗SR裂性優異的焊縫金屬，包括0. 02 0. 10 % C (質量％ ；下同)、0. 05 0. 4 % Si、0. 3 1. 3%Μη、0· 8 3. 25% Cr、至多 2% (包括0% )Μο、0· 30 1. 0% V、至多 0. 03% N，其中Al、Ti和Ni含量分別抑制到至多0. 03%、至多0. 03%和至多0. 40% ；Mn含量[Mn] 和Ni含量[Ni]總和([Mn]+ [Ni])至多為1.2%;其余是狗和不可避免雜質，其中P、S、Sn、 As和Sb含量每種都抑制到至多0.01% ；0含量至多0. 040% ；由表達式定義的EV值滿足 EV彡0. 00 ；具有至少0. 2 μ m等效圓周直徑和在625°C下進行10小時應力消除退火之后存在于焊接區的非熱影響區的碳化物數至多1.0f/ym2。很適合用于高強度Cr-Mo鋼中的該焊縫金屬在保持高溫強度的同時，改善了韌性，尤其是低溫韌性和抗SR裂性。但是這種焊縫金屬含有較多的昂貴合金元素，生產成本高，且焊接區需在625°C下進行10小時的應力消除退火處理，能耗高，周期長。中國發明專利CN1411939則公開了一種改善埋弧焊焊縫金屬韌性的工藝，在埋弧焊焊接過程中采用氬氣保護，通過降低焊縫金屬總的N含量來改善焊縫金屬的韌性；所述氬氣保護為沿焊接方向、在電弧的前方或在電弧的四周施加氬氣保護，其氬氣流量為5 15ml/min。采用本發明能降低焊縫金屬總的N含量達10 55 ppm，使接頭的低溫沖擊韌性提高30 50%。中國發明專利CN101215625還公開了一種改變焊縫組織性能的形變熱處理方法，采用中頻感應加熱方式將焊縫快速、均勻加熱到相變溫度以上，在此溫度下迅速對焊縫進行碾壓，在碾壓力和溫度的作用下，使對接焊縫晶粒細化，焊縫的性能得到改善，達到與母材基本一致的程度。該發明通過對焊縫按一定的工藝條件進行加熱和碾壓處理，細化焊縫晶粒，消除焊縫殘余應力，提高焊縫塑性韌性，改善了焊縫的組織性能，使焊縫晶粒度由原來的0級左右提高到12級左右并與母材接近，使焊縫獲得與母材基本一致的組織和力學性能。中國發明專利CN101100013還公開了薄壁不銹鋼復層與碳鋼基層的復合管環焊縫焊接方法，應用于雙金屬復合鋼管環焊縫的焊接。所采取的步驟特征是(A)坡口加工， 清洗坡口上的油污。(B)在坡口靠近復層的鈍邊表面堆焊封修磨坡口。(C)雙金屬復合管坡口組對。(D)根部打底焊采用鎢極氬弧焊方法，在管子內部充氬保護的狀態下沿雙金屬復合管坡口焊接。(E)在根部打底焊的上部進行第二層焊接，將焊接的雙金屬復合管基層焊接在一起。(F)填充焊和蓋面焊。焊接材料為不銹鋼焊條。效果是采用309或309Mo焊接材料保證焊縫的強度和良好韌性；消除坡口端部復層和基層之間可能存在的縫隙；在坡口根部增加不銹鋼層的有效厚度，使焊接接頭質量對錯邊不敏感，保證耐蝕性。上述專利文件公開的技術方案，其采用的焊縫金屬及其焊接工藝用于風電塔筒制備，仍存在焊縫低溫韌性差，低溫下焊縫易開裂等缺陷，影響了塔筒的安全使用。
發明內容
本發明的目的在于避免現有的風電管塔式塔架制備的不足之處而提供一種風電管塔式塔架的制備方法，本發明是采用Q345鋼板作為風電管塔式塔架的主要原料，在鋼板卷板焊接以及風電管塔式塔架對焊過程中，使用低溫韌性好的焊縫金屬，以提高焊縫的強度和韌性，確保風電管塔式塔架在嚴寒的北方地區安全使用。本發明的目的可以通過采用以下技術方案來實現所述的一種風電管塔式塔架的制備方法，其特點在于包括如下步驟
第一步下料，采用數控切割設備對管塔式塔架所需的鋼板進行切割，對于厚度大于或等于16mm鋼板邊緣采用磁力切割機切割出焊接坡口，對距坡口邊緣20mm范圍內泥土、油污和底漆進行去除和清洗處理；對于厚度小于16mm的鋼板不需要加工坡口 ；
第二步塔架單節筒體焊接，對切割下料并清洗處理的鋼板采用卷板機卷板成型，首先采用點焊的方法進行定位點式焊接，然后進行內外縱縫的焊接，并進行圓度檢查和校圓；保證同一斷面內其最大內徑與最小內徑之差不大于3 mm,同一節錐段最長與最短母線差不大于1 mm，每一段端口處的外圓周長偏差為不大于5 mm；第三步塔架筒體組對焊接，單節筒體焊接完成后，進行筒體間組對焊接，首先，把進行組對焊接的工卡具應焊接在塔體的內表面，先采用點焊的方法進行定位點式焊接，保證沿4條向心線測量其母線的長度，最長與最短母線差不大于2 mm，塔筒最長與最短對角線長度差不超過5 mm ；焊接后采用碳弧氣刨方法切割去除工卡具，不損傷筒體表面，留2 3mm的焊肉厚度，切割后用砂輪將切割部位的焊疤打磨與周圍母材平齊，并將母材上的飛濺徹底清理干凈；然后進行內外環縫的焊接，并進行直線度公差檢測，直線度誤差范圍為任意 3000mm長圓筒段偏差不大于3mm，塔架各段的總偏差小于20mm，最后進行法蘭焊接，并進行焊縫無損探傷和平面度檢查，平面度誤差不大于5mm ；
第四步對焊接好的塔架筒體進行噴砂、噴漆處理，并完成內件安裝和成品檢驗，即完成所述的管塔式塔架的制造。所述的管塔式塔架所需的鋼板的材料為Q345。所述的管塔式塔架所需的鋼板，當塔架高度小于50m時，其鋼板材料選用Q345A 或Q345B ；當塔架高度大于或等于50m，同時小于或等于80m時，其鋼板材料選用Q345C或 Q345D ；當塔架高度大于80m時，其鋼板材料選用Q345E。常用塔架筒體鋼板的成分見表1，常用塔架筒體鋼板的力學性能見表2 ； 表1常用塔架筒體鋼板的成分(質量分數，％)
權利要求
1.一種風電管塔式塔架的制備方法，其特征在于包括如下步驟第一步下料，采用數控切割設備對管塔式塔架所需的鋼板進行切割，對于厚度大于或等于16mm鋼板邊緣采用磁力切割機切割出焊接坡口，對距坡口邊緣20mm范圍內泥土、油污和底漆進行去除和清洗處理；對于厚度小于16mm的鋼板不需要加工坡口 ；第二步塔架單節筒體焊接，對切割下料并清洗處理的鋼板采用卷板機卷板成型，首先采用點焊的方法進行定位點式焊接，然后進行內外縱縫的焊接，并進行圓度檢查和校圓；保證同一斷面內其最大內徑與最小內徑之差不大于3 mm,同一節錐段最長與最短母線差不大于1 mm，每一段端口處的外圓周長偏差為不大于5 mm；第三步塔架筒體組對焊接，單節筒體焊接完成后，進行筒體間組對焊接，首先，把進行組對焊接的工卡具應焊接在塔體的內表面，先采用點焊的方法進行定位點式焊接，保證沿4條向心線測量其母線的長度，最長與最短母線差不大于2 mm，塔筒最長與最短對角線長度差不超過5 mm ；焊接后采用碳弧氣刨方法切割去除工卡具，不損傷筒體表面，留2 3mm的焊肉厚度，切割后用砂輪將切割部位的焊疤打磨與周圍母材平齊，并將母材上的飛濺徹底清理干凈；然后進行內外環縫的焊接，并進行直線度公差檢測，直線度誤差范圍為任意 3000mm長圓筒段偏差不大于3mm，塔架各段的總偏差小于20mm，最后進行法蘭焊接，并進行焊縫無損探傷和平面度檢查，平面度誤差不大于5mm ；第四步對焊接好的塔架筒體進行噴砂、噴漆處理，并完成內件安裝和成品檢驗，即完成所述的管塔式塔架的制造。
2.如權利要求1所述的一種風電管塔式塔架的制備方法，其特征是還包括有所述的塔架筒體焊接采用的焊絲為H08A、H08MnA或H10Mn2，焊劑為HJ431或SJlO 1。
3.如權利要求1或2所述的一種風電管塔式塔架的制備方法，其特征是還包括有所述的塔架筒體焊接采用的焊劑中還加入了 SrC03、KMn04、銅、鎵、鈦、硼、釔、鈣和鋯，其含量質量分數分別為8 10%的SrCO3, 2 4%的KMnO4,0. 6 1. 0%的Cu，0. 08 0. 12%的Ga， 0. 12 0. 17% 的 Ti，0. 015 0. 022% 的 Β，0· 15 0. 24% 的 Υ，0· 18 0. 28% 的 Zr,0. 12 0. 20% 的 Ca。
4.如權利要求1所述的一種風電管塔式塔架的制備方法，其特征是還包括有所述的管塔式塔架所需的鋼板的材料為Q345。
5.如權利要求1或4所述的一種風電管塔式塔架的制備方法，其特征是還包括有所述的管塔式塔架所需的鋼板，當塔架高度小于50m時，其鋼板材料選用Q345A或Q345B ；當塔架高度大于或等于50m，同時小于或等于80m時，其鋼板材料選用Q345C或Q345D ；當塔架高度大于80m時，其鋼板材料選用Q345E。
全文摘要
本發明涉及風力發電設備的制造技術領域，具體涉及一種風電管塔式塔架的制備方法。其塔架塔筒的鋼板材料選用Q345，塔筒焊接采用的焊絲是H08A、H08MnA或H10Mn2，焊劑是HJ431或SJ101，并在焊劑中加入質量分數8～10%的SrCO3、2～4%的KMnO4、0.6～1.0%的Cu、0.08～0.12%的Ga、0.12～0.17%的Ti、0.015～0.022%的B、0.15～0.24%的Y、0.18～0.28%的Zr和0.12～0.20%的Ca。經數控切割設備下料，卷板機卷板成型后，點焊，定位，焊合、圓度檢查和校圓，然后進行組對點焊，焊接內外環縫，經噴砂、噴漆處理，可完成風電塔筒的制備。采用該發明制備風電塔筒，焊縫強度高，低溫韌性好，使用安全、可靠。
文檔編號B23K9/00GK102371471SQ201010551508
公開日2012年3月14日 申請日期2010年11月20日 優先權日2010年11月20日
發明者孫立群 申請人:甘肅酒鋼集團西部重工股份有限公司