一种风电塔筒底座法兰的焊接生产工艺的制作方法

本发明涉及风力发电技术领域，具体为一种风电塔筒底座法兰的焊接生产工艺。

背景技术：

在社会经济高速发展的背景下，能源紧缺问题与生态环境问题日益突出，开发清洁可再生能源成为了时代发展的现实要求。风能资源清洁、可再生，进行风力发电，可以有效保护环境，且经济效益较好，基础建设周期较短，投资较低，占地面积较少，且风力发电技术较为成熟，自动控制水平较高，风力发电产业未来发展前景十分广阔。

用于风力发电机组塔筒底座的法兰，需要在+40℃～-40℃环境温度下，满足特定使用要求，当前所使用的风电法兰多采用Q345E材质，一般经过下料、锻造制坯、辗环、热处理、金加工等步序后制成符合要求的锻件，然后再经进一步机械加工成为满足要求的风电法兰。而用于风电机组底座的法兰，一方面承受的冲击载荷较小，对其韧性要求不严苛，另一方面底座法兰的直径较大(4～5m)，采用整体锻造的方式生产出的法兰，不仅生产成本高，而且其尺寸较大，受运输条件的限制，不方便长距离运输。

技术实现要素：

本发明公开了一种风电塔筒底座法兰的焊接生产工艺，采用熔化极活性气体保护多层多道焊的焊接方法，可以明显提高焊缝金属的质量，特别是塑性，省去了焊后热处理工艺，该工艺不仅可以保证风电塔筒底座法兰的使用性能要求，降低了生产成本，而且克服了大型法兰(直径大于4m)在长途运输过程中的限高限宽问题；以解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风电塔筒底座法兰的焊接生产工艺，主要包括以下几个步骤：

第一步：选材，母材选用钢材牌号为Q345E的钢板，按国家新标准GB/1591-2008，其所含元素含量(wt％)如下:C≤0.18％，Si≤0.50％，Mn≤1.70％，P 0.025％，S 0.020％，Nb 0.07％，V 0.15％，Ti 0.20％，Cr 0.30％，Ni 0.50％，Cu 0.30％，N 0.012％，Mo 0.10％，余量为Fe。焊材选用与之相匹配的ER50-6型焊丝，规格Φ1.2mm；

第二步：下料，根据法兰具体尺寸切割焊接所需焊件，半圆法兰最多允许四段焊件焊接而成；

第三步：加工焊接破口，坡口形式为X型，去除坡口表面及两侧15mm范围内的铁锈、污迹等，打磨漏出金属光泽；

第四步：焊件固定，将待焊件按照顺序依次在工装上拼接并调整水平度，使焊件处于同一水平面上，留出焊接间隙，夹紧工装，使紧固件受力均匀防止焊接变形；

第五步：施焊，焊件两端焊接引弧板，采用熔化极活性气体保护焊实施焊接，每条焊缝实施20道焊，同一侧焊缝，每焊完一道翻转工件，在另一侧实施与之对称焊道的焊接，直至焊接完成，每侧最后一道为盖面焊；

第六步：焊后检验，焊后对焊缝进行宏观观察，检测是否出现咬边、焊瘤、表面裂纹等焊接缺陷，焊接24小时后对焊缝进行100％超声波探伤；

第七步：机加工，对法兰的上下表面、内外圆表面及侧面进行机加工，加工螺栓孔，倒角，完成尺寸精度要求；

第八步：表面处理，对机加工后的法兰进行抛丸处理，然后对工件的上下表面、内外圆及其侧面进行火焰喷锌或喷漆处理；

第九步：包装入库，法兰检测合格后包装入库。

其中，第二步中采用火焰切割机进行下料，下料时留有2-3mm的加工余量。

其中，第三步中焊接坡口角度为60°～65°，钝边1-3mm，根部间隙2-3mm。

其中，第四步中焊件紧固工装为自主设计，防止焊件变形。

其中，第五步中熔化极活性气体保护焊的主要参数为：焊接电流230～250A，电压25～27V，焊接速度20cm/min，气体流量18～20L/min(25％CO₂+75％Ar)；翻转工件后采用碳弧气刨清根后实施第一道焊。

其中，第七步中加工螺栓孔时应先进行孔定位标记，然后预钻孔，最后根据最终尺寸进行扩孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本风电塔筒底座法兰的焊接生产工艺，法兰以Q345E作为母材，采用分段焊接生产技术成形法兰半圆，通过连接板使之组成法兰整圆，如图1。在保证该法兰的使用性能的前提下简化了法兰的生产工艺，降低了生产成本，工艺的主要流程为：下料-加工焊接坡口-焊件拼接固定-施焊-焊后检验-机加工-表面处理-包装入库。焊接采用熔化极活性气体保护多层多道焊，该方法可以提高焊缝金属的质量，特别是塑性，省去了焊后热处理工艺，该工艺不仅可以保证法兰的使用性能，而且克服了大型法兰(直径大于4m)在长途运输过程中的限高限宽问题。

附图说明

图1为本发明的法兰整圆示意图；

图2为本发明的焊接坡口及焊接顺序示意图；

图3为本发明的法兰焊接工装示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行亲楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更加清楚地说明本发明的技术方案，通过下文的实例对本发明作进一步描述。公司所生产的一种Q345E风电塔筒底座法兰外形尺寸为：外径内径厚度为45mm，其具体生产工艺为：

第一步：下料，选用45mm厚的Q345E钢板，每半片法兰分四段拼接，采用火焰切割机切割下料，并留有一定加工余量，下料法兰片组件尺寸为外径Φ4572mm，内径Φ3960mm；

第二步：加工焊接破口，坡口形式为X型，如图2所示，坡口角度21为60°～65°，坡口钝边22为1-3mm，对接间隙23为2-3mm。四段对接需要加工3组焊接坡口，去除坡口表面及两侧15mm范围内的铁锈、污迹等，打磨漏出金属光泽；

第三步：焊件固定，如图3将待焊的法兰拼接件31按照顺序依次在金属固定板底板32上拼接并调整水平度，使焊件处于同一水平面上，33为焊缝所在位置，然后拧紧紧固螺栓35，使固定板上板34和固定板底板32夹紧并且受力均匀，防止焊接变形。

第四步：施焊，焊件两端焊接引弧板，采用熔化极活性气体保护焊实施焊接，焊丝为ER50-6型焊丝。焊接主要参数为：焊接电流230～250A，电压25～27V，焊接速度20cm/min，气体流量18～20L/min(25％CO₂+75％Ar)。以单条焊缝为例：焊接顺序如图2所示，在图中标注4中，圆圈数字表示施焊顺序，先焊打底焊道①，然后翻转工件后采用碳弧气刨清根后实施另一侧焊道②，接着按照图示顺序依次进行对称焊接，保证焊接质量。每条焊缝实施20道焊，同一侧的三条焊缝，每焊完相同位置的一道后翻转工件，在另一侧实施与之对称焊道的焊接，直至焊接完成，每侧最后一道为盖面焊；

第五步：焊后检验，焊后对焊缝进行宏观观察，检测是否出现咬边、焊瘤、表面裂纹等焊接缺陷，焊接24小时后对焊缝进行100％超声波探伤；

第六步：机加工，利用TK42200型数控钻铣床加工法兰上下表面及内外圆表面，使内外圆尺寸达到外径Φ4571mm，内径Φ3961mm，利用Z3063型摇臂钻预加工Φ10mm的螺栓孔，然后根据图纸要求扩孔至所需尺寸，清理加工毛刺并倒角，倒角尺寸为内外圆C2，螺栓孔C3；

第七步：表面处理，对利用DS3030-16重钢通过式抛丸清理机对机加工后的法兰进行抛丸处理，然后对法兰的上下表面、内外圆及其侧面按照GB/T9793-1997要求进行火焰喷锌处理，锌层厚度不小于110μm；

第八步：包装入库，法兰检测合格后包装入库。

该方法不仅仅适用于母材为Q345E的风电塔筒底座法兰的生产，同样适用于其他种类的低合金高强钢的同类型法兰的生产。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。