风电钢(Q345D/345E)

无锡北铭高强度钢材  吴霞  供应：

风电塔架的钢材：结构钢，Q345D/Q345E板/卷， 塔筒；Q345E， 法兰。

风机结构件母材为Q345E，属于低合金高强度结构钢，符合GB/T 1591—2008标准，其化学成分和力学性能分别如表1和表2所示

345E 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： X505

1 前言
风能是一种永不枯竭的非常环保的资源， 在我 东北、 华北和沿海等很大范围内都可以取 国的西北、 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 还要受到各种风况下的动态风载荷 三拾吨的重量， 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 筒体由下 要求非常高。塔架由基础段和筒体组成， 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 作好焊接工艺评定， 制定切实可行的焊接工艺成 塔，
表1 牌号 16Mn Q345 E C≤ 0． 12 ～ 0． 20 0． 18 Mn 1． 2 ～ 1． 60 1． 00 ～ 1． 60

为制造厂的关键。

2 Q345 E 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 Q345E 钢及 16Mn 钢的化学成 化晶粒的微量元素， 分见表 1 ， 力学性能见表 2 。

3 Q345 E 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 Q345E 钢焊接时应该选 为进一步改善其抗裂性能， 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。

Q345 E 钢及 16 Mn 钢的化学成分 化学成分（ % ） 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 钢及 16 Mn 钢的力学性能 Rel（ MPa） ≥300 ≥325 A（ % ） ≥19 ≥22 － 40℃ 时 Akv（ J） ≥27

材料规格 16Mnδ = 17 ～ 25 Q345Eδ = 24

Rm（ MPa） ≥490 470 ～ 630

第 24 期

车建设： 风力发电塔筒中 Q345E 钢的焊接

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4 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 内环缝采用 Y 型坡口， 外边碳弧气刨清根后再 纵缝、 用埋弧自动焊盖面， 采用平位置焊接， 效率比较高。 4． 2 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 但焊接效率相对 极二氧化碳气体保护焊变形***小， 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 在加工法兰时已加工出 2mm 的倾斜度， 为外购件， 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***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 工的工作环境比较好， 容易保证清根质量 ） 。 由于
表3 牌号 H10MnSi

外面要碳弧气刨清根必然要加工出坡扣， 焊接时的 焊接收缩量比没有开坡口的内侧的收缩量要大 ， 造 不能保证法兰向内的倾斜度。 从 成法兰向外倾斜， 焊缝宽的地方， 焊缝的横向收缩量比焊 理论上来说， 缝窄的横向收缩量要大。 在安排焊接工艺时， 先焊 ， ， 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 ～ 6mm， 宽 6 ～ 10mm 坡口再进行焊 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 克服困难。 内部碳弧气刨清根时必须认真细致 ， 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， 下段筒体的

基础节底法兰与基础节筒节的焊接方法的选

厚度为 32mm， 进人门框插入筒体在筒体上开坡口 门框焊缝收缩对筒体钢板产生拉力 进行组合焊接， 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 采用手工焊条电弧焊和采用半自动 CO2 气体保护 焊。手工焊条电弧焊与 CO2 气体保护焊相比， 焊接 所以 CO2 气体保护焊是理想的 效率低焊接变形大， ， 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