一、引言

随着能源问题与环境问题的日益突出，风能资源作为一种清洁环保的可再生能源，其重要性越来越高，当前，风力发电产业获得快速发展，风电发电机组单台设计容量增加，对塔架的高度要求越来越高，管塔式塔架因其结构紧凑、安全可靠、便于维护等优势，在风电发电塔架设计中应用较为广泛，塔筒法兰与筒体的焊接过程中，法兰出现外翻变形的问题一直困扰着制造和安装过程，本文将详细介绍风电塔筒法兰外翻变形的原因及控制工艺。

二、风电塔筒法兰的结构与设计要求

风电塔筒的结构

风电塔筒是风力发电机组的主要支撑部件，通常由几个直筒或锥筒通过法兰连接而成，塔筒不仅要承受风载荷和机组自重，还要抵御风机运转时产生的各种压力、冲击和震动，因此其结构设计和制造质量至关重要。

法兰的设计要求

法兰作为连接塔筒各节的关键部件，其设计必须满足高强度和高精度的要求，法兰不仅要有足够的强度来承受外部荷载，还需要具备良好的平面度以确保塔筒各节之间的密封性和稳定性。

三、传统焊接工艺及其存在的问题

传统焊接工艺

传统工艺中，法兰与筒体的焊接主要采用以下两种方法：

螺栓固定法：将两个法兰用螺栓连接在一起，并在法兰之间垫上2mm厚的垫片，找正法兰与筒体的位置后实施焊接，然后将螺栓拆除。

内侧连接钢板法：先在两法兰内壁均匀焊接8～10块连接钢板，将两法兰固定在一起，然后找正法兰与筒体的位置进行焊接，最后将连接钢板去除。

2. 存在的问题

无论采用哪种方法，由于焊接应力的作用，当螺栓或连接钢板去除后，法兰都会出现外翻变形，无法满足设计要求，采用螺栓固定法时，拆卸螺栓非常困难；采用内侧连接钢板法时，需要割下连接钢板并进行打磨和抛光，同时还需进行探伤检测，工艺繁琐且生产效率较低。

四、改进后的焊接工艺

新工艺介绍

为了解决上述问题，新的焊接工艺采取了以下措施：

预留焊接反变形量：在设计塔筒法兰时，预先考虑焊接变形量，并在法兰设计中预留相应的反变形量，以抵消焊接过程中产生的变形。

埋弧自动焊：采用埋弧自动焊技术进行焊接，提高焊接效率和焊缝质量，焊接前进行预热处理，并严格控制焊接参数。

双面分层交替焊接：采用双面分层交替焊接的方法，减少焊接应力集中，避免法兰外翻变形。

碳弧气刨清根：在外侧焊缝焊接前，使用碳弧气刨进行清根处理，确保焊缝根部的清洁，防止裂纹和夹渣的产生。

工艺流程

组装准备：在专用法兰平台上进行组装，确保法兰与筒体之间的间隙符合要求。

点焊固定：在焊接滚轮架上进行点焊，固定法兰与筒体的位置。

外侧封焊：先进行外侧焊缝的封焊，特别是间隙较大的部分。

内侧焊接：完成外侧封焊后，进行内侧焊缝的焊接。

碳弧气刨清根：外侧封焊完成后，使用碳弧气刨进行清根处理。

坡口打磨：使用角向磨光机和砂轮对坡口进行打磨，消除碳化物和氧化物。

外侧焊接：完成内侧焊缝焊接后，进行外侧焊缝的焊接。

冷却和检验：焊接完成后，待焊缝冷却后进行检验，确保无裂纹和夹渣。

注意事项

材料采购：严格把控法兰材料的采购关，做好入厂检验。

尺寸控制：下料尺寸控制在2mm以内，对角线差小于等于2ram。

预制椭圆度：单节预制时，椭圆度要控制在3mm以内。

无间隙组对：采用无间隙组对，避免强力组对。

平台加工：制作一个5平方米的平台，用于组对时的立式组装。

五、结论

通过改进风电塔筒与法兰的焊接工艺，不仅保证了法兰的角变形量，而且工艺执行方便、可靠，提高了施工效率，焊缝返修率低，无论是焊缝外观还是内在质量都较好，获得了用户的好评，这一改进后的工艺简单实用、可操作性强，具有一定的推广价值。