李 杰

（溧陽(yáng)市飛躍機(jī)電有限公司，江蘇 溧陽(yáng) 213314）

在礦物能源日趨減少，環(huán)境保護(hù)日趨受到重視的今天，風(fēng)能作為一種清潔、安全、可再生的綠色能源，日益受到各國(guó)的重視，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量不斷增加，特別是近年隨著國(guó)內(nèi)兆瓦級(jí)海上風(fēng)機(jī)的出現(xiàn)，風(fēng)機(jī)的重量也呈逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)，國(guó)家風(fēng)電十三五發(fā)展綱要計(jì)劃把風(fēng)電發(fā)電量提升到總發(fā)電量的6%，風(fēng)電的發(fā)展，離不開(kāi)風(fēng)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)電機(jī)作為風(fēng)電機(jī)組的心臟，發(fā)電機(jī)安裝在發(fā)電機(jī)支架上，在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)電機(jī)支架承受著發(fā)電機(jī)乃至整改傳動(dòng)系統(tǒng)的周期性動(dòng)載荷，作為焊接完成的發(fā)電機(jī)支架的主副梁是關(guān)鍵部件的主要受力部件，焊縫同時(shí)承受周期性拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的動(dòng)載荷，焊接主副梁焊接工藝的合理性及穩(wěn)定性，直接決定了產(chǎn)品焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性，所以對(duì)發(fā)電機(jī)支架主副梁的焊接工藝研究具有重大的推動(dòng)作用和現(xiàn)實(shí)意義。

文章以材質(zhì)為Q345E，翼板厚度為25 mm，腹板厚度為20 mm 的尺寸為300 mm*200 mm 的低溫性低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼拼裝制作的H 型鋼類型的主副梁為研究對(duì)象，從焊前準(zhǔn)備、焊接工藝以及焊接操作要點(diǎn)等方面規(guī)范了拼裝焊接的H 型鋼類主副梁的焊接工藝技術(shù)，并且采取預(yù)變性的技術(shù)措施，同時(shí)對(duì)焊接H 型鋼類主副梁的變形進(jìn)行了研究，以便為風(fēng)電行業(yè)的焊接H 型鋼類的主副梁生產(chǎn)制造提供參考。

1 母 材

Q345E 是典型的低合金高強(qiáng)鋼，同時(shí)要求具有在-40 ℃的環(huán)境下的低溫沖擊功不小于27 J，這種材料目前是風(fēng)電行業(yè)常用的材料，由于該材料在冶煉過(guò)程中添加了少量的Ti，Nb，V 等微量元素，故材料的綜合力學(xué)性能較好，其化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1 和表2 所示，此材料的焊接性通過(guò)碳當(dāng)量計(jì)算公式CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）1/5+（Ni+Cu）1/15，計(jì)算20 mm 和25 mm 的材料碳當(dāng)量分別為0.39%和0.36%，材料焊接性良好。

表2 Q345E 鋼的力學(xué)性能

2 研究方法

根據(jù)我國(guó)風(fēng)電支架制作廠家的實(shí)際生產(chǎn)條件，對(duì)全焊透探傷拼裝H 型鋼類焊縫采用直接埋弧焊（SAW）打底填充及蓋面的組合焊接工藝，SAW 選用直徑4.0 和5.0mm 的H10Mn2 焊絲配合SJ101 焊劑，氣保焊材和埋弧用焊材都是選用符合要求的焊材，焊接嚴(yán)格按照ISO3834 焊接質(zhì)量要求體系執(zhí)行，埋弧焊操作工需要是經(jīng)過(guò)ISO17432 認(rèn)證的埋弧焊操作工。

3 焊接工藝

3.1 焊前準(zhǔn)備

（1）腹板開(kāi)雙面等邊坡口45°～55°，鈍邊2～4 mm，上下翼板作5°反變形：（2） 焊前獎(jiǎng)坡口及兩側(cè)20～30 mm范圍內(nèi)打磨干凈，直至露出金屬光澤，確保無(wú)油漬、鐵銹、水分、氧化物或其他有害物質(zhì)。（3）SJ101 焊劑在使用前需要經(jīng)過(guò)350 ℃烘干2 h，然后放在120～150 ℃的保溫箱中存放，隨用隨取。

表1 Q345E 鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

3.2 拼裝定位焊

（1）焊縫根部拼裝間隙控制在0～1.5 mm 開(kāi)始端間隙控制在0～1 mm，結(jié)尾端間隙控制在1～1.5 mm；（2）焊縫兩頭加引弧和收弧板；（3）為提高拼裝精度，同時(shí)打磨點(diǎn)，工件采用工裝固定，省去定位焊；

3.3 焊接操作

（1）打底焊。工件在工裝上完成打底焊接，為首道打底焊盡量焊透而不焊穿，焊絲選用5.0 mm 焊絲，埋弧焊槍嘴距工件15～25 mm，焊絲伸出長(zhǎng)度25～35 mm，焊絲指向應(yīng)針對(duì)坡口根部，焊劑層高度控制在15～25 mm，以利于坡口焊縫時(shí)溶池中的氣體逸出，避免產(chǎn)生夾渣或氣孔。（2）填充及蓋面。（3）層間清理及層間溫度控制。每層焊接完成后必須把焊渣清理干凈，必要時(shí)使用鋼絲刷或砂輪機(jī)，焊接下一層是需要使用紅外測(cè)溫筆檢測(cè)工件的層間溫度，層間溫度大于200 度是嚴(yán)謹(jǐn)焊接下一層焊縫。（4）為避免較大的應(yīng)力集中和焊接變形及保證材料的低溫沖擊韌性，合理的安排各焊道的焊接順序，同時(shí)控制焊接層間溫度。

4 結(jié)果測(cè)試

4.1 焊縫質(zhì)量檢測(cè)

試焊5 個(gè)支架的主梁焊接試件，在焊接完成48 小時(shí)后對(duì)焊縫按照ISO11666 標(biāo)準(zhǔn)中要求的Ⅱ級(jí)進(jìn)行UT探傷檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)5 個(gè)產(chǎn)品全部探傷合格。

4.2 焊接變形尺寸檢測(cè)

在相同的預(yù)變形及焊接工藝條件下，對(duì)五組試焊件進(jìn)行了腹板與翼板的垂直度及翼板平面度的檢測(cè)，結(jié)果翼板的彎曲度在質(zhì)量要求的范圍內(nèi)，預(yù)變形量可以滿足焊接工藝和部件的使用要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)低溫型全熔透探傷H 型鋼制作過(guò)程中的規(guī)范化實(shí)驗(yàn)研究，以及對(duì)翼板零件采用預(yù)變性較少焊后整體整形的測(cè)試結(jié)果，可以得出結(jié)論：

（1）低溫全熔透探傷H 型鋼制作可以省去用氣保焊或氬弧焊打底及背部碳刨清根的工藝過(guò)程，可以直接采用埋弧焊，在保證焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性的情況，大大提升了焊接生產(chǎn)效率，同時(shí)優(yōu)化了焊接操作環(huán)境。

（2）焊前采用翼板零件壓制預(yù)變形的方式，便于焊接變形的控制，同時(shí)較少了焊后整體整形的工作量。