风电管桩钢圆筒制作工艺及焊接质量控制措施

本文选自《起重运输机械》杂志，如需转载，请注明出处作者： 刘建波 赵德龙 陈阿静 周弋琳 包 孔 海摘 要：介绍了风电管桩钢圆筒（S355）制作工艺和焊接质量控制措施，针对钢圆筒制造过程中易产生的焊接质 量问题，从工艺优化、过程控制和质量提升等方面提出解决方案，旨在提高生产效率，减少焊接缺陷，提升焊接 质量。关键词：风电；钢圆筒；制作；工艺；焊接；缺陷Abstract: The manufacturing process and welding quality control measures of wind power pipe pile steel cylinder (S355) are introduced. In view of the welding quality problems easily generated in the manufacturing process of steel cylinder, solutions are proposed from the aspects of process optimization, process control and quality improvement, aiming at improving manufacturing efficiency, reducing welding defects and improving welding quality.Keywords: wind power; steel cylinder; manufacturing; technology; welding; defect0 引言在全球倡导节能减排的大趋势下，各国均对提高可再生能源在国民用电中的比例提出了硬性指标。目前的可再生能源中，风能在技术上较为成熟，将成为未来清洁能源的主力，所以，海上风电是近期世界各国大力发展的产业。市场调研信息显示，由于海上风电市场的快 速发展，预估内外部市场产量需求在每年 200 万 t 左右，目前国内的产能已无法满足市场的需求。作为国内领先进行大规模海上风电钢结构制造的企业，积累了许多制造经验，综合实力较强，如制作场地、车间起重能力高及远洋运输能力等。但目前公司生产制造水平仍停留在人海战术阶段，自动化、数字化程度较低，无论从切割下料、机加工、卷圆，还是组对焊接和涂装，都处于落后状态，不仅人工成本高，能耗高，效 率低下，而且质量不稳定。海上风力发电场见图 1，风 电管桩钢圆筒制作车间见图 2。图 1 海上风力发电场图 2 风电管桩钢圆筒制作车间1 制作工序及先进工艺设备为改变车间的落后生产面貌，提高企业竞争力，对风电管桩制作车间进行工艺规划和设备升级。通过科学合理规划车间，采用专业化的生产设备和先进的生产线。如采用精密数控切割机、纵缝清根机、环缝清根机、多丝埋弧焊设备及感应加热板等代替传统作业方法及设备，可精确控制各工序衔接，充分发挥设备和场地的最大效能，实现精益化生产，可提高生产效率，降低成本。 风电管桩钢圆筒主要制作工序如图 3 所示。图 3 风电管桩钢圆筒主要制作工序1）精密数控切割机下料 采用先进、精密数控切 割机进行钢板数控下料，要求至少有 2 个切割头，每个 切割头备具3把割嘴，并具备旋转功能，可直接切割成X、 Y 坡口。这样，不仅缩短切割时间，而且不会出现零件旁弯，有效解决了锥圆的下料和开坡口等技术难点，利于后续采用自动化设备。2）钢板四周机械开坡口 采用四边坡口铣边机进行钢板开坡口，可以高速切削，自动对中，自动给进，自动夹紧。加工速度比火焰切割速度快，无需打磨处理，大幅度减少焊接填充量，减少坡口加工和焊接的工作量。3）全自动四辊卷板机卷圆 采用先进的全自动四辊卷板机，操作员只要输入参数（板厚、板宽、材质卷板直径等），系统自动计算，自动成型，并有自动诊断 系统，可自动检测，不仅精度高（±2 mm）、效率高， 且操作简单，单台工作效率为6 件 / 日，同时考虑锥圆制作，下辊和两侧辊可倾斜调整。卷圆精度提高后，筒体组对的效率将提高。4）多丝埋弧焊填充盖面 采用多丝埋弧悬臂自动焊，能保证焊接熔深、有更高的熔敷效率，焊缝成形和焊接 质量、机械性能良好，焊剂消耗降低20%，更节能环保。焊接控制系统采用数字控制器，可以预先设置焊接规范，焊接过程中，液晶屏实时显示实际的焊接电压、电流以及速度等焊接规范的信息，并实时存储，通过网络连接，能够实现设备的视频、数据监控，能够全程记录设备运行参数、物料运行状态等数据，各项工艺指标超标时，系统可以警告提示。根据系统自动记录的信息，可追溯每个工件的加工参数与操作者，如焊接电压、电流、温度、操作方法等是否符合工艺要求，能更好地控制产品质量和实现数字化，准确无误实现人工工时统计。5）机械清根 传统碳弧气刨清根加工的坡口，其坡口角度和深度很难控制，直线度超差。人工打磨不仅消耗了大量的人工，且碳刨、打磨产生大量粉尘，严重影响车间环境。采用纵、环缝清根铣边机进行机械清根，可提高生产效率、改善劳动环境及降低劳动强度。相比于传统碳弧气刨清根，机械清根产生的热量可随铁屑带走，不会因外加热源产生应力，铁屑可回收利用，坡口几何形状稳定，具有清洁、光亮的加工表面，可大幅度减少焊接填充量，大大降低了环境污染。纵缝铣边机见 图 4，环缝铣边机见图5，碳弧气刨清根坡口见图6， 机械清根坡口见图 7。图 4 纵缝铣边机图 5 环缝铣边机图 6 碳弧气刨清根坡口图 7 机械清根坡口6）感应加热。传统加热工具采用陶瓷式电加热板， 热传导单块功率为10 kW，一块55 mm 的钢板至少需 要 40 min 才能够被加热到 120℃以上，冬天时间更长。感应加热板解决了焊接预热过程中能量传输的问题，采用电动势传导能量的新型方式，增加了能量的输入量，提高了预热效率。同时采用无人监控施工，温度到达预设温度后发出报警声，主机自动断电，采用拉杆箱式设计，移动方便。2 常见焊接质量问题及控制措施2.1 质量控制焊接前操作人员对相关焊接设备进行试焊调试，检验电流、电压和焊接速度，测量其热输入，质检人员检验合格后再进行正式施焊。焊接过程中，现场监控人员会随时对焊接电流、电压、速度及层间温度进行抽检， 操作人员应严格按照WPS 进行操作。对于手工焊条焊接时，要求每道焊缝宽度小于等于三倍焊条直径；对于 二氧焊接时，要求每道焊缝宽度小于等于 16 mm；对于 埋弧焊接时，要求每道焊缝宽度小于等于 25 mm。2.2 常见焊接缺陷及控制措施风电管桩钢圆筒属于大厚板高强钢焊接结构，在实际生产中需制定并执行非常严格的焊接工艺要求才能保证焊接接头质量。在焊接过程中最容易产生的焊接缺陷 是横向开裂（即氢致延迟裂纹），如图8 所示，焊缝 冷裂的影响因素见图 9。通过研究发现拘束应力、微观组织形态和扩散氢含量是导致焊缝横向开裂的主要因素[1] 。为防止大厚板高强钢在焊接过程中产生横向开裂，主要途径包括母材控制、填充材料控制和焊接过程控制等。图 8 焊缝横向开裂图 9 焊缝冷裂的影响因素1）母材化学成分控制 母材的碳含量或碳当量值，会直接影响母材的可焊性，碳含量或碳当量值越大，母材的可焊接性越差。通过优化低合金高强钢的化学成分（降低碳含量或碳当量值），降低母材的焊接冷裂倾向，素之一，通过应选用低氢或超低氢焊接材料，使用过程中应加强焊材的管理，如焊条的烘焙保温和领用、药芯焊丝的使用时间规定以及焊剂的烘干等，可降低焊接接头中的扩散氢含量，提高大厚板高强钢的焊接接头质量。3）焊接过程控制 焊接过程控制将会直接影响焊接接头的微观组织形态、内应力的大小和扩散氢含量等， 为保证焊接接头质量，焊接操作应严格按照WPS执行。焊接过程的主要控制参数包括预热、层间温度、后热及热输入（线能量）等。预热、层间温度和后热的影响。焊前预热、焊接过程层间温度控制可改善焊接接头组织、降低焊接接头扩散氢含量（温度升高，有助于扩散氢的溢出），降低焊接接头内应力 [2]。多层多道焊时，前道焊接起到预热的作用，后热焊接起到退火的作用，焊接过程中应保证层间温度不低于预热温度 [3]。后热有助于降低焊接接头冷却速度，减少淬硬组织，有助于扩散氢的溢出，从而改善焊接残余应力场。热输入（线能量）的影响。热输入大小会直接影响焊接接头组织和扩散氢含量，热输入增大，会导致焊缝高温停留时间延长，有助于扩散氢的溢出。但热输入增大，同时会导致焊接接头晶粒粗大，导致焊接接头冲击韧性下降 [4]。因此焊接过程中应严格控制焊接线能量。2.3 返修技术要点对于主结构的焊缝返修，在碳刨前应保证预热温 度符合认可的WPS 及 DNV-OS-C401 中的要求。手工碳弧气刨时，按碳棒直径选用电流，直径Φ 8 mm，电流 300~ 450 A；直径Φ 10 mm，电流 350~ 500 A。碳刨 速率为 05~1.2 m/min；碳棒直流阳极，建议工作角度为 45°。起弧前需先打开气阀，熄弧后再关闭压缩气。碳刨结束后熔化金属不允许出现，如有需打磨去除。碳刨 出的刨槽角度应符合WPS 坡口角度，对刨槽进行打磨至圆滑及金属光泽，坡口内部无棱角及缺陷。3 结论1）通过科学的规划布置风电管桩钢圆筒制作车间，配备先进的切割、卷圆、焊接、清根及加热设备，可显著提高生产效率，降低生产成本，提升产品质量。2）对于焊接过程中易发生的横向开裂问题，应从改善焊缝组织、减少扩散氢含量和降低残余应力等方面来解决，主要措施包所焊前预热、层间温度控制、焊后保温及热输入控制等，改善焊接接头微观组织和冲击韧性。3）焊前打磨去除油污和铁锈、保证焊剂烘干温度和时间，有助于减少扩散氢含量，降低焊缝横向开裂的可能性。4）焊前预热、层间温度控制和焊后缓冷是防止焊缝产生横向开裂的重要举措。参考文献[1] 张华军，张广军，吴林 . 低合金高强钢双面双弧焊热循环对组织性能影响 [J]. 焊接学报，2007，10(28)：81-84.[2] N Okuda.Hydrogen-induced cracking susceptibility in high strength weld metal，Welding Journal，1987（66）：141-146.[3] B wieczko-urek，S Sobieszczyk，J wiek，et al. Evaluation of susceptibility of high strength steels to hydrogen delayed cracking[J].Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering，2006，18(2)：243-247.[4] Yurioka N.A Chart Method to Determine Necessary Preheat in Steel Welding[J].IIW Doc.II – 1230，1994：1-12.举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章碳达峰碳中和目标逐渐落地 从部委到行业密集出台路线图埃肯星火有机硅：用绿色“点亮”新型化工发展之路重点工作攻坚年｜提前完成目标 节能减排“德州模式”成效瞩目如何做好石油化工建设工程施工图纸会审铸造烟尘粉尘异味如何处理

本文来源于程序自动整理，版权争议与本站无关，如有侵权，请联系我们。
冀州区扬禹水工机械厂
厂家直销，支持定制，量大优惠
手机：13663289587
地址：河北省冀州区高田工业区