风力发电塔筒中Q345E钢的焊接VIP专享VIP免费

第26卷第24期2010年12月甘肃科技GansuScienceandTechnologyVol．26No．24Dec．2010风力发电塔筒中Q345E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:X5051前言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筒体，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，筒体由下段、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为制造厂的关键。2Q345E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/T1591－1994《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。3Q345E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24mm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1Q345E钢及16Mn钢的化学成分牌号化学成分(%)C≤MnSi≤P≤S≤VNbTI16Mn0．12～0．201．2～1．600．2～0．550．0450．045Q345E0．181．00～1．600．550．0250．0250．02～0．150．015～0．060．02～0．20表2Q345E钢及16Mn钢的力学性能材料规格Rm(MPa)Rel(MPa)A(%)－40℃时Akv(J)16Mnδ=17～25≥490≥300≥19Q345Eδ=24470～630≥325≥22≥274焊接方法的选择4．1筒节纵缝、环缝的焊接方法的选择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。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...