风电塔筒焊接裂纹修复研究

风电塔筒焊接裂纹修复研究

史鹏飞

中车兰州机车有限公司百色分公司 广西 百色533000

摘要：风电塔筒作为支撑风力涡轮机的关键部件，承受着重要的结构负荷。在其生命周期内，风电塔筒可能受到各种外部因素的影响，导致焊接裂纹的产生，裂纹可能会危及结构的安全性和性能，因此需要采取适当的修复方案进行处理。本文分析了风电塔筒焊接裂纹的出现原因，并探讨风电塔筒焊接过程中规避裂纹产生的有效工艺路径，在此基础上提出了风电塔筒裂纹的修复方案，通过正确执行焊接裂纹的修复方案，可以延长风电塔筒的使用寿命，降低维护成本，同时确保结构的安全性。

关键词：风电塔筒；焊接裂纹；工艺；修复；应力

1.风电塔筒焊接裂纹的出现原因

风电塔筒焊接裂纹的出现通常是由于多种因素的复杂作用。以下是一些常见的原因：1）应力集中：在风电塔筒的焊接接头中，应力集中是裂纹出现的主要原因，不良的焊接几何形状或不规则的焊接结构可以导致应力集中，使焊缝附近的应力升高，增加了裂纹的风险。2）工艺问题：不正确的焊接工艺参数、焊接电流、电压、焊接速度等不良工艺条件导致焊接接头内部的应力积累，从而促使裂纹的形成。3）焊接材料问题：低质量或不合格的焊接材料会导致焊接接头的强度下降，从而容易出现裂纹。4）热应力：风电塔筒在运行时会经历温度和湿度变化，导致热应力的周期性加载，这会引发焊接接头的裂纹。5）振动和疲劳加载：风电塔在风力涡轮机运行时会受到振动和疲劳加载，这对焊接接头施加额外的应力，导致裂纹的发展。6）设计问题：不合理的设计、不当的焊接接头尺寸和形状，以及结构不均匀都引发焊接裂纹。

2.风电塔筒的焊接工艺

2.1加强焊接设计与规划风电塔筒的焊接的过程中，充分加强焊接设计与规划能够确保焊接接头的质量、强度和稳定性，针对较大和厚的焊接接头，实施预热以减轻热应力，控制焊接的热输入，以确保焊接区域的温度不会升得过高，从而减少热应力的影响，在焊接之前，焊接技术人员可以使用有限元分析或其他工程工具来分析焊接接头的应力分布，确定的应力集中区域，并采取措施来减小应力集中。除此之外，还需要在焊接过程中进行质量控制和检测，可以使用无损检测技术，如超声波、X射线或磁粉检测，来检查焊接接头中的缺陷，在此基础上使用焊接过程监控系统，实时跟踪焊接参数，如电流、电压和温度，有助于及时发现潜在问题并进行调整。除此之外，需要制定焊接接头的定期维护和检查计划，包括定期的非破坏性检测和表面检查，以确保焊接接头的性能和可靠性。通过加强焊接设计与规划，可以确保焊接接头的质量和可靠性，降低维护和修复的成本，同时提高风电塔筒的结构稳定性和安全性。

2.2合理选择材料

风电塔筒的焊接工艺中，合理选择材料是至关重要的，因为材料的质量和属性直接影响焊接接头的强度、稳定性和寿命。首先，母材是焊接接头的基础材料，因此应选择具有足够强度和耐腐蚀性的母材。通常，风电塔筒的母材是高强度低合金钢，如ASTMA572等，母材的选择应基于风力涡轮机的设计要求和环境条件。焊接材料应该选择与母材相匹配的焊接材料，以确保焊接接头的质量。焊接材料应具有适当的强度、耐腐蚀性和焊接性能，选择合适的焊条、焊丝或其他焊接材料，以满足项目的需要。其次，确保所选的母材和焊接材料在化学成分上是相容的，不合适的焊接材料引发电位差异，导致腐蚀问题。相容性考虑还包括应力腐蚀开裂的潜在问题，在相容性分析的过程中还应该遵循相关的焊接材料规范和标准，以确保所选材料的质量和符合性，相关的规范通常包括化学成分、力学性能和焊接性能的要求。最后，需要综合考虑所选材料的焊接性能，以确保它们适合所采用的焊接方法，在选择材料之前，进行必要的性能测试和实验，以验证其符合项目的要求。这包括拉伸测试、冲击测试、疲劳测试等。合理选择材料是确保焊接接头的质量和可靠性的关键，选择适当的材料可以降低焊接接头的腐蚀、断裂和疲劳风险，从而延长风电塔筒的使用寿命和安全性。

2.3构建焊接序列

构建适当的焊接序列对于确保风电塔筒焊接工艺的质量和可靠性至关重要，焊接序列应根据焊接接头的几何形状、母材类型、厚度以及设计要求而制定。首先，应该确保焊接序列具有均衡的热输入，以避免焊接区域的过度加热或过度冷却，不均衡的热输入导致焊接接头内部的应力积累，风电塔筒的焊接序列应从焊接接头的内部开始，然后逐渐向外延伸。这有助于确保焊接区域的均匀性和一致性。在一次焊接完毕后，不要立刻继续相邻的区域进行焊接，而应跳跃到远离当前焊接区域的位置，从而减少热积累和热应力。其次，具体焊接过程中应该交替焊接方向，以确保焊接接头的均匀性，可以采用对称焊接序列，尽减少焊接接头的变形和应力分布不均匀，确保焊接序列在对称的方式下进行。最后，确保在连续焊接不同区域之间留出足够的时间，以允许焊接区域冷却，不要过快地进行连续焊接，在焊接过程结束后，进行适当的冷却和热处理。这有助于减轻热应力，并提高焊接接头的稳定性。构建适当的焊接序列有助于降低焊接接头的热应力，减少应力集中，提高焊接质量，延长风电塔筒的使用寿命。

3.风电塔筒焊接裂纹修复方案

3.1切割和去除裂纹部分

切割和去除裂纹部分是修复风电塔筒焊接裂纹的重要步骤，在开始工作之前，确保采取适当的安全措施，包括佩戴防护装备、确保工作区域通风良好，以及使用适当的切割工具和设备，在此基础上确定焊接裂纹的位置，并使用标记工具在受影响区域上标记出需要切割和去除的部分。这有助于精确定位修复区域。需要选择适当的切割工具，通常使用气割或电弧切割，选择的工具应具有足够的功率和切割深度，以确保可以彻底去除裂纹部分，进行切割时，确保切割过程平稳进行，以避免进一步损害周围的母材，切割应沿着标记线进行，直到完全去除裂纹区域，在切割完成后，进行视觉检查，以确保裂纹部分已被彻底去除，同时也要检查母材是否有其他损伤或问题。切割和去除裂纹部分的步骤需要慎重执行，确保裂纹完全去除，焊接修复的质量达到要求，以保证风电塔筒的结构安全和可靠性。

3.2填充焊接

填充焊接是修复风电塔筒焊接裂纹的关键步骤，它涉及将修复焊料填充到裂纹部分的空隙中，以将其连接到周围的母材。首先，选择合适的焊接材料，通常使用高强度焊材，以确保修复焊接的强度和稳定性，在填充焊接之前，必须对焊接区域进行仔细的准备工作。确保焊接区域干净，无污垢、氧化物和腐蚀物质。根据需要，在进行填充焊接之前进行预热。预热可以降低热应力，并有助于焊接材料的流动性。其次，可以使用适当的填充焊接工艺，将修复焊料填充到裂纹部分的空隙中，包括电弧焊、气体保护焊或其他适用的焊接方法。在焊接过程中需要合理控制焊接参数，如电流、电压、焊接速度和电弧长度，以确保焊接的质量。最后，对于较大或更深的裂纹，需要多道次的填充焊接，每一道次都应与前一次焊接进行重叠，以确保修复焊料与母材充分融合，需要注意控制填充焊接的热输入，以避免过度加热焊接区域。过高的热输入会引起热应力和应力集中。在填充焊接完成后，进行必要的非破坏性检测，如超声波或磁粉检测，以验证焊接质量并检测潜在的缺陷。

参考文献

[1]郭平俊，朱锴年.海上风电大功率塔筒焊接工艺[J].机电产品开发与创新，2020（006）：033.

[2]张永红.风电塔筒焊接工艺的改进措施[J].科技资讯，2008（30）：76-76.[3]葛惠卿.