風電鋼(Q345D/345E)

無錫北銘高強度鋼材  吳霞  供應：

風電塔架的鋼材：結構鋼，Q345D/Q345E板/卷， 塔筒；Q345E， 法蘭。

風機結構件母材為Q345E，屬于低合金高強度結構鋼，符合GB/T 1591—2008標準，其化學成分和力學性能分別如表1和表2所示

345E 鋼的化學成分、 機械性能等技術條件的對比和分析， 提出了風力發電塔筒中 Q345E 鋼所采用

的焊接工藝方法、 焊接材料和焊接規范， 并通過焊接試驗進行了驗證 。 關鍵詞： 風電塔筒； 焊接工藝； 沖擊韌性 中圖分類號： X505

1 前言
風能是一種永不枯竭的非常環保的資源， 在我 東北、 華北和沿海等很大范圍內都可以取 國的西北、 得， 風能產業的前景非常廣闊， 發展速度越來越快， 風力發電機組的單臺設計容量也越來越大 ， 塔架高 度越來越高。風力發電塔的結構是由鋼板卷制而成 的圓錐形筒體， 發電塔不但要承受機艙、 風輪重達二 還要受到各種風況下的動態風載荷 三拾噸的重量， 作用， 使用環境惡劣， 不僅受到溫度、 溫度差的影響， 而且還受到風沙的侵蝕， 因此對風力發電塔的制造 筒體由下 要求非常高。塔架由基礎段和筒體組成， 段、 中段、 上段三段組成或由下段、 中下段、 中上段、 上段四段組成。基礎段、 筒體各段、 發電機之間用法 蘭聯結。法蘭采用高頸法蘭與筒節對接焊接， 基礎 節底法蘭與基礎節采用焊透的組合焊縫， 進人門框 與下段的焊接采用焊透的組合焊縫 。從基礎段到上 段， 厚度由 32 ～ 8mm 不等。基礎節底法蘭的厚度為 50 ～ 70mm， 進人門框的厚度為 120 ～ 130mm。 塔架 采用的材料為 Q345E ， 是一種低溫用低合金高強度 鋼， 對焊縫的質量要求很高。 因此， 制造風力發電 作好焊接工藝評定， 制定切實可行的焊接工藝成 塔，
表1 牌號 16Mn Q345 E C≤ 0． 12 ～ 0． 20 0． 18 Mn 1． 2 ～ 1． 60 1． 00 ～ 1． 60

為制造廠的關鍵。

2 Q345 E 鋼的力學性能和化學成分分析
Q345E 鋼屬于低碳合金鋼， 符合 GB / T1591 － 1994《低合金高強度結構鋼 》 ， 其母材金相為帶狀分 布的鐵素體 + 珠光體， 它是在 16Mn 合金鋼系列的 基礎上增加了一些微量合金元素， 并且嚴格控制 P 及 S 元素， 以提高其低溫度沖擊性能。 Q345E 鋼在 保證拉伸性能的基礎上， 側重改善鋼材的沖擊韌性； 為防止低溫環境下結構脆斷， 增加了釩、 鈮、 鈦等細 Q345E 鋼及 16Mn 鋼的化學成 化晶粒的微量元素， 分見表 1 ， 力學性能見表 2 。

3 Q345 E 鋼的焊接性能分析
Q345E 鋼材具有較低的碳當量， 其焊接性能良 好， 對母材厚度小于 24mm 的 Q345E 鋼板焊接時不 需要預熱， 根據 Q345E 低溫韌性的特殊要求， 同時 Q345E 鋼焊接時應該選 為進一步改善其抗裂性能， 擇氧化傾向小的堿性焊接材料； 并且嚴格控制焊接 規范參數， 控制母材熱輸入， 以保證焊接接頭焊縫金 屬及熱影響區的低溫沖擊韌性。

Q345 E 鋼及 16 Mn 鋼的化學成分 化學成分（ % ） P≤ S≤ 0． 045 0． 045 0． 025 0． 025 V Nb TI

Si≤ 0． 2 ～ 0． 55 0． 55 表2

0． 02 ～ 0． 15 0． 015 ～ 0． 06 0． 02 ～ 0． 20

Q345 E 鋼及 16 Mn 鋼的力學性能 Rel（ MPa） ≥300 ≥325 A（ % ） ≥19 ≥22 － 40℃ 時 Akv（ J） ≥27

材料規格 16Mnδ = 17 ～ 25 Q345Eδ = 24

Rm（ MPa） ≥490 470 ～ 630

第 24 期

車建設： 風力發電塔筒中 Q345E 鋼的焊接

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4 焊接方法的選擇
4． 1 筒節縱縫、 環縫的焊接方法的選擇 由于風力發電塔的筒節是一個圓錐體， 展開下 ； 料時為一個扇形 目前的數控火焰切割機無法氣割 曲線坡口， 機械加工曲線坡口也不現實， 而且埋弧焊 適宜長焊縫平位置焊， 因此基礎段、 下段、 中段、 上段 的小于 16mm 厚度的鋼板的縱焊縫、 環焊縫采用不 開坡口的埋弧自動焊， 大于等于 16mm 厚度的鋼板內 內環縫采用 Y 型坡口， 外邊碳弧氣刨清根后再 縱縫、 用埋弧自動焊蓋面， 采用平位置焊接， 效率比較高。 4． 2 擇 基礎節底法蘭與基礎節筒節之間的聯結位置為 垂直位置， 聯結焊縫為焊透的組合焊縫。 焊接不僅 要考慮焊接位置、 焊接效率、 焊接質量、 焊接成本， 而 且要考慮防止焊接變形。焊條電弧焊對焊接位置的 要求不高， 但焊后變形大， 焊接效率低； 半自動熔化 但焊接效率相對 極二氧化碳氣體保護焊變形***小， 埋弧自動焊又偏低； 埋弧自動焊焊接變形小、 效率 高， 但對焊接位置的要求又高。綜合考慮， 采用埋弧 自動焊， 利用工裝使焊接位置處于船形位置進行焊 接。 4． 3 內置筒節法蘭與筒節的焊接方法的選擇 內置筒節法蘭的平面度要求焊接后向筒節中心 傾斜， 法蘭內邊緣與外邊沿距離為 1． 5 ～ 2mm， 法蘭 在加工法蘭時已加工出 2mm 的傾斜度， 為外購件， 這樣在焊接時要求不允許有焊接變形 。根據我廠焊 接方法， 采用埋弧自動焊是***理想的焊接方法 ， 如何 保證法蘭的傾斜度， 主要在焊接順序上考慮。 通常 的焊接順序是先焊筒節內的焊縫， 外面碳弧氣刨清 根后再采用埋弧自動焊 （ 主要是碳弧氣刨清根時焊 工的工作環境比較好， 容易保證清根質量 ） 。 由于
表3 牌號 H10MnSi

外面要碳弧氣刨清根必然要加工出坡扣， 焊接時的 焊接收縮量比沒有開坡口的內側的收縮量要大 ， 造 不能保證法蘭向內的傾斜度。 從 成法蘭向外傾斜， 焊縫寬的地方， 焊縫的橫向收縮量比焊 理論上來說， 縫窄的橫向收縮量要大。 在安排焊接工藝時， 先焊 ， ， 接外部的焊縫 且不開坡口 然后在內部碳弧氣刨清 根， 加工出深 4 ～ 6mm， 寬 6 ～ 10mm 坡口再進行焊 接。經過實踐， 這樣容易保證焊接質量且也容易保 證法蘭向筒節中心傾斜 2mm 的要求。 但是焊工在 克服困難。 內部碳弧氣刨清根時必須認真細致 ， 4． 4 門框與下段筒節的焊接方法的選擇 進人門框的厚度為 125 ～ 130mm， 下段筒體的

基礎節底法蘭與基礎節筒節的焊接方法的選

厚度為 32mm， 進人門框插入筒體在筒體上開坡口 門框焊縫收縮對筒體鋼板產生拉力 進行組合焊接， 容易使門框下部的法蘭面出現不平， 門框的框是一 個不規則的長圓形結構， 采用自動焊比較困難， 只有 采用手工焊條電弧焊和采用半自動 CO2 氣體保護 焊。手工焊條電弧焊與 CO2 氣體保護焊相比， 焊接 所以 CO2 氣體保護焊是理想的 效率低焊接變形大， ， 焊接方法 同時采用內撐件將筒體撐圓后剛性定位 ， 防止筒體變形從而防止法蘭變形