第２６卷第２４期 ２０１０年ｌ２月 甘肃科技 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏ１ ％ｆ．２６Ｄｅｃ．＾ｒ０．２４ ２Ｏ１０ 风力发电塔筒中Ｑ３４５ Ｅ钢的焊接 车建设 （中核动力设备有限公司，甘肃兰州７３００６５） 摘要：通过对Ｑ３４５Ｅ钢的化学成分、机械性能等技术条件的对比和分析，提出了风力发电塔筒中Ｑ３４５Ｅ钢所采用 的焊接工艺方法、焊接材料和焊接规范，并通过焊接试验进行了验证。 关键词：风电塔筒；焊接工艺；冲击韧性 中图分类号：ｘ５ｏ５ 为制造厂的关键。 １Ｊ —日Ｉ】一－Ｊ舌 —一 风能是一种永不枯竭的非常环保的资源，在我 国的西北、东北、华北和沿海等很大范围内都可以取 ２ Ｑ３４５Ｅ钢的力学性能和化学成分分 析 Ｑ３４５Ｅ钢属于低碳合金钢，符合ＧＢ／Ｔ１５９１— 得，风能产业的前景非常广阔，发展速度越来越快， 风力发电机组的单台设计容量也越来越大，塔架高 度越来越高。风力发电塔的结构是由钢板卷制而成 的圆锥形简体，发电塔不但要承受机舱、风轮重达二 三拾吨的重量，还要受到各种风况下的动态风载荷 作用，使用环境恶劣，不仅受到温度、温度差的影响， 而且还受到风沙的侵蚀，因此对风力发电塔的制造 要求非常高。塔架由基础段和筒体组成，简体由下 段、中段、上段三段组成或由下段、中下段、中上段、 上段四段组成。基础段、筒体各段、发电机之间用法 兰联结。法兰采用高颈法兰与筒节对接焊接，基础 节底法兰与基础节采用焊透的组合焊缝，进人门框 与下段的焊接采用焊透的组合焊缝。从基础段到上 段，厚度由３２～８ｍｍ不等。基础节底法兰的厚度为 ５０～７０ｍｍ，进人门框的厚度为１２０—１３０ｍｍ。塔架 １９９４｛低合金高强度结构钢》，其母材金相为带状分 布的铁素体＋珠光体，它是在１６Ｍｎ合金钢系列的 基础上增加了一些微量合金元素，并且严格控制Ｐ 及ｓ元素，以提高其低温度冲击性能。Ｑ３４５Ｅ钢在 保证拉伸性能的基础上，侧重改善钢材的冲击韧性； 为防止低温环境下结构脆断，增加了钒、铌、钛等细 化晶粒的微量元素，Ｑ３４５Ｅ钢及１６Ｍｎ钢的化学成 分见表１，力学性能见表２。 ３ Ｑ３４５Ｅ钢的焊接性能分析 Ｑ３４５Ｅ钢材具有较低的碳当量，其焊接性能良 好，对母材厚度小于２４ｒａｍ的Ｑ３４５Ｅ钢板焊接时不 需要预热，根据Ｑ３４５Ｅ低温韧性的特殊要求，同时 为进一步改善其抗裂性能，Ｑ３４５Ｅ钢焊接时应该选 择氧化倾向小的碱性焊接材料；并且严格控制焊接 采用的材料为Ｑ３４５Ｅ，是一种低温用低合金高强度 钢，对焊缝的质量要求很高。因此，制造风力发电 塔，作好焊接工艺评定，制定切实可行的焊接工艺成 规范参数，控制母材热输入，以保证焊接接头焊缝金 属及热影响区的低温冲击韧性。 表１ ０３４５Ｅ钢及１６Ｍｎ钢的化学成分 第２４期 车建设：风力发电塔筒中Ｑ３４５Ｅ钢的焊接 ６７ 外面要碳弧气刨清根必然要加工出坡扣，焊接时的 ４焊接方法的选择 ４．１ 筒节纵缝、环缝的焊接方法的选择 焊接收缩量比没有开坡口的内侧的收缩量要大，造 成法兰向外倾斜，不能保证法兰向内的倾斜度。从 理论上来说，焊缝宽的地方，焊缝的横向收缩量比焊 缝窄的横向收缩量要大。在安排焊接工艺时，先焊 由于风力发电塔的筒节是一个圆锥体，展开下 料时为一个扇形；目前的数控火焰切割机无法气割 曲线坡口，机械加工曲线坡口也不现实，而且埋弧焊 适宜长焊缝平位置焊，因此基础段、下段、中段、上段 的小于１６ｍｍ厚度的钢板的纵焊缝、环焊缝采用不 开坡口的埋弧自动焊，大于等于１６ｍｍ厚度的钢板内 纵缝、内环缝采用Ｙ型坡口，外边碳弧气刨清根后再 用埋弧自动焊盖面，采用平位置焊接，效率比较高。 ４．２基础节底法兰与基础节筒节的焊接方法的选 择 接外部的焊缝，且不开坡口，然后在内部碳弧气刨清 根，加工出深４～６ｒａｍ，宽６～１０ｍｍ坡ＶＩ再进行焊 接。经过实践，这样容易保证焊接质量且也容易保 证法兰向筒节中心倾斜２ｍｍ的要求。但是焊工在 内部碳弧气刨清根时必须认真细致，克服困难。 ４．４ 门框与下段筒节的焊接方法的选择 进人门框的厚度为１２５～１３０ｍｍ，下段简体的 厚度为３２ｍｍ，进人门框插入简体在简体上开坡口 进行组合焊接，门框焊缝收缩对筒体钢板产生拉力 容易使门框下部的法兰面出现不平，门框的框是一 个不规则的长圆形结构，采用自动焊比较困难，只有 基础节底法兰与基础节筒节之间的联结位置为 垂直位置，联结焊缝为焊透的组合焊缝。焊接不仅 要考虑焊接位置、焊接效率、焊接质量、焊接成本，而 且要考虑防止焊接变形。焊条电弧焊对焊接位置的 采用手工焊条电弧焊和采用半自动ＣＯ：气体保护 焊。手工焊条电弧焊与ＣＯ：气体保护焊相比，焊接 效率低焊接变形大，所以ＣＯ：气体保护焊是理想的 要求不高，但焊后变形大，焊接效率低；半自动熔化 极二氧化碳气体保护焊变形最小，但焊接效率相对 埋弧自动焊又偏低；埋弧自动焊焊接变形小、效率 高，但对焊接位置的要求又高。综合考虑，采用埋弧 自动焊，利用工装使焊接位置处于船形位置进行焊 接。 焊接方法，同时采用内撑件将筒体撑圆后刚性定位， 防止筒体变形从而防止法兰变形。 ５确定焊接工艺 ５．１焊接材料的选择 ４．３ 内置筒节法兰与筒节的焊接方法的选择 内置筒节法兰的平面度要求焊接后向筒节中心 风力发电塔的焊接方法确定后，根据母材的化 倾斜，法兰内边缘与外边沿距离为１．５～２ｍｍ，法兰 为外购件，在加工法兰时已加工出２ｍｍ的倾斜度， 这样在焊接时要求不允许有焊接变形。根据我厂焊 接方法，采用埋弧自动焊是最理想的焊接方法，如何 保证法兰的倾斜度，主要在焊接顺序上考虑。通常 的焊接顺序是先焊筒节内的焊缝，外面碳弧气刨清 根后再采用埋弧自动焊（主要是碳弧气刨清根时焊 学成分、力学性能来选择焊接材料。简体的材料、法 兰的材料为Ｑ３４５Ｅ。 按化学成分、强度相近且保证力学性能的原则 来选择焊接材料，由表３知道，埋弧焊采用焊丝 Ｈ１０ＭｎＳｉ其化学成分与Ｑ３４５Ｅ较为接近，焊剂可采 用形ＳＪ１０１或Ｉ－ＩＪ４３１，由表４和表５知道，ＣＯ２气体 工的工作环境比较好，容易保证清根质量）。由于 保护焊采用焊丝ＥＲ５０—６，其化学成分和力学性能 都与Ｑ３４５Ｅ较为接近。 表３ ＧＢ／１１４９５７—９４熔化焊用钢丝 ＥＲ５０—６ ０．０６～．０１５ １．４０～１．８５ ０．８０～１．１５ ≤Ｏ．０２５ ≤０．０３５ ≤Ｏ．５０ ≤Ｏ．５０ 甘肃科技 第２６卷 ５．２焊接工艺规范参数的选择（见表６） 表６焊接Ｏ３４５Ｅ厚度为２０ｒａｍ的对接焊缝的焊接工艺规范参数 注：１）ＣＯ２焊丝符合ＧＢ／Ｔ８１１０—１９９５ＥＲ５０—６；２）埋弧焊焊丝符合ＧＢ／Ｔ１４９５７—１９９４；３）ＳＪ１０１焊剂符合ＧＢ／Ｔ１２４７０— ２００３Ｆ４８Ａ４一Ｈ１０Ｍｎ２；４）ＨＪ４３１焊剂符合ＧＢ／Ｔ５２９３—１９９９Ｆ４Ａ—Ｈ０８Ａ。 埋弧焊的工艺规范参数按表７规定。 表７ 焊接０３４５ Ｅ厚度为５０ｍｍ的对接焊缝的焊接工艺规范参数 注：Ｉ）ＣＯ２焊丝符合ＧＢ／Ｔ８１１０—１９９５ ＥＲ５０—６；２）埋弧焊焊丝符合ＧＢ／Ｔ１４９５７—１９９４；３）ＳＪ１０１焊剂符合ＧＢ／Ｔ１２４７０— ２００３Ｆ４８Ａ４一Ｈ１０Ｍｎ２；４）ＨＪ４３１焊剂符合ＧＢ／Ｔ５２９３—１９９９Ｆ４Ａ—Ｈ０８Ａ。 ５．３焊接性能的试验（见表８一ｌ３） 表８ ＧＯ：气体保护焊对接接头力学性能试验 第２４期 车建设：风力发电塔筒中Ｑ３４５Ｅ钢的焊接 ６９ 焊接方法 埋弧焊 焊接材料Ｈ１０ＭｎＳｉ ＳＪ１０１ （下转第４５页） 第２４期 裴国兵：智能一卡通在企业的开发及应用 ４５ ３）非接触式ＩＣ卡：采用了全球唯一的３２位序 列号，无机械磨损，三重密码校验机制，从而保证了 使用卡片的唯一性；卡内ｌ６个分区，每个分区有独 以来，受到了广大员工的欢迎。现在，考勤人员只需 在电脑上按菜单轻松点击鼠标，该部门的出勤情况 便一目了然；考勤主管部门的考勤员也不用等待下 属部门的考勤报表，便可以用同样快捷的速度及时 了解到他们的出勤情况。同时，考勤数据直观正确， 考勤员可根据需要，随时打印汇总报表，省时省力， 报表格式统一规范，方便查阅。 ２）一卡通系统大大提高了各部门统计人员的 立的密码保护，操作时相互不影响使用。 ３．２．２系统布线 根据公司实际情况，在各个员工上下班集中地 方安装考勤机并接人厂区局域网，通过专线连接到 数据库服务器，同时在服务器上安装考勤软件服务 器端、ＳＱＬＳＥＲＶＥＲ数据库管理系统，在考勤主管部 门计算机上安装考勤软件、实时采集系统，可实现对 考勤机数据的实时采集；在卡务中心安装发卡管理 系统，以便统一发卡；在各考勤部门安装软件客户 端，基于公司内部ＩＮＴＲＡＮＥＴ局域网，采用ＴＣＰ／ＩＰ 工作效率、减轻了劳动强度，方便员工上下班考勤， 全面实现了考勤管理自动化。 ５结语 现在考勤一卡通系统虽然在酒钢检修工程公司 顺利运行了，但就技术上而言还有待改进之处。软 件平台未统一，有各自独立的数据库；数据库的共享 协议对服务器数据库实现数据共享。 ３．２．３软件安装 公司规模大，员工及部门较多，因此对软件的实 用性、安全性、可维护性提出了较高的要求。由于考 勤软件是Ｃ／Ｓ式的设计方式，根据酒钢检修工程公 司的实际情况，在各个部门安装了考勤软件客户端； 基于安全性，为各部门考勤员设置了进入系统的密 码和权限（查询和报表打印）；为考勤主管部门设置 困难，难以实现总统计、总检索的一次性简便操作； 由于应用软件的不统一，给整个系统的安装和维护 带来了不便。系统软件在设计上采用的是Ｃ／Ｓ结 构，而客户端如采用Ｂ／Ｓ结构的话更有利于系统管 理员进行系统维护。 参考文献： ［１］程控，金文光．综合布线系统工程Ｍ］．北京：清华大学 出版社，２００５． 了较高权限，可查询和修改全公司的考勤状况，系统 管理员有最高权限。系统自动实时采集，各考勤员 可随时查询和打印本部门的出勤报表。 ［２］刘军明．弱电系统集成［Ｍ］．北京：科学出版社，２００５． ［３］ 张少军．建筑智能化系统技术［Ｍ］．北京：中国电力 出版社，２００６． ４考勤一卡通应用效果 １）考勤一卡通系统在酒钢检修工程公司使用 （上接第６９页） ［４］熊桂喜．ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２０００高级编程技术［Ｍ］．北京：清 华大学出版社，２００２． ５）厚度为５０ｍｍ的Ｑ３４５Ｅ钢在焊接前采取预 热措施，焊后进行热处理，与焊接２０ｒａｍ的Ｑ３４５Ｅ 时采用相同的焊接电流、焊接电压、焊接材料进行焊 接，对焊接试件进行力学性能检测时，在一４０￣Ｃ时的 冲击韧性都值合格。 ６焊接试验结果分析 １）由ＣＯ：气体保护焊对接接头力学性能试验 结果表８和表９来看，ＣＯ：气体保护焊用焊丝Ｅ５０ —６焊接Ｑ３４５Ｅ，焊缝的冲击韧性值一次合格。 ２）由埋弧焊对接接头力学性能试验结果表１０ ７结论 通过焊接工艺试验结果与Ｑ３４５Ｅ钢技术条件 的对比，说明对Ｑ３４５Ｅ钢的焊接，焊接材料的选择 是最关键的，焊条、焊丝、焊剂选择不合适，无论采用 何种焊接技术措施，在一４０℃时的冲击值都很难达 到焊接标准规定的要求。对Ｑ３４５Ｅ钢的焊接，选用 和表１１来看，埋弧焊用Ｈ１０ＭｎＳｉ焊丝、ＨＪ４３１焊 剂，抗拉强度合格，但焊缝在一４０℃冲击值不合 格。 ３）由埋弧焊对接接头力学性能试验结果表１２ 和表１３来看，埋弧焊用Ｈ１０ＭｎＳｉ焊丝ＳＪ１０１焊剂， 抗拉强度合格，焊缝在一４０℃冲击值合格。 ４）从以上所有的试验结果看，无论采用何种焊 接方法和焊接材料焊接Ｑ３４５Ｅ的热影响区的冲击 韧性值都是符合标准规定的。 埋弧焊效率相对较高，用Ｈ１０ＭｎＳｉ焊丝ＳＪ１０１焊剂； 选用ＣＯ 气体保护焊，焊接线能量相对较小，变形 小，用焊丝Ｅ５０—６，抗拉强度合格，焊缝在一４０℃冲 击值合格。