控制门框焊接变形

1、塔筒门框焊接变形控制1.焊接形变产生的原因钢材的焊接通常采用熔化焊方法，是在接头处局部加热，使被焊接材料与添加的焊接材料熔化成液态金属，形成熔池，随后冷却凝固成固态金属，使原来分开的钢材连接成整体。由于焊接加热，熔合线以外的母材产生膨胀，接着冷却，熔池金属和熔合线附近母材产生收缩，因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行，膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形。这样，在焊接完成并冷却至常温后该塑性变形残留下来。这种塑性形变的存在造成了焊接结构形状变异、尺寸精度下降和承载能力降低，并在工作载荷作用下引起附加弯矩应力和应力集中，是造成焊接结构早期失效的主要原因之一。因此，在制造焊接结构时，必须充

2、分了解焊接时应力发生的机理和焊后决定工件变形的基本规律，以控制和减小它的危害。2.焊接变形种类焊接变形的种类很多，与构件形状和尺寸，焊接方法和顺序，约束情况等很多因素有关。常见焊接变形主要分为以下几大类：横向收缩变形：构件焊后在垂直于焊缝方向产生收缩。纵向收缩变形：构件焊后在焊缝方向产生收缩。角变形：由于焊缝的横向收缩使得焊件平面绕焊缝轴产生角变化。弯曲变形：由于焊缝的纵向和横向收缩相对于构件的中和轴不对称引起构件整体弯曲。扭曲变形：焊后构件的角变形沿构件纵轴方向数值不同及构件翼缘与腹板的纵向收缩不一致，综合而形成的变形形态。波浪变形：薄板焊接后，母材受压应力由于失稳而使板面产生翘曲。风电塔架

3、与门框之间的连接是T形接头连接，焊接过程中产生的变形主要是横向收缩变形和纵向收缩变形共同作用引起的变形。塔架作为焊接结构件，用于支撑整个发电机组，是风力发电机组的主要承重构件。因此，作为整个发电机组的重要部件，其质量至关重要，而门框的焊接变形，影响了塔架的底法兰平面度，筒节的椭圆度，筒节的直线度，对整个风电塔筒的质量影响很大。所以说在焊接过程中控制焊接变形就很重要了。3塔架门框焊接变形的分析各种影响焊接变形的因素并不是孤立起作用，而是共同起作用，其中焊后焊缝的纵向收缩和横向收缩是引起各种变形和应力的根本原因。同时焊缝的收缩还和焊缝在结构上的位置、焊接顺序和焊接方向等因素有关。主要包括： 3.1

4、 焊缝在结构中的位置对变形的影响，不同的焊缝位置焊后所引起的变形不同。坡口角度、接头型式对结构变形都有一定影响。 3.2 结构的刚性对焊接变形的影响，受到同样大小的力，刚性大的结构变形小。结构抵抗拉伸的刚性，主要是决定于结构截面积的大小，截面积越大，结构抵抗拉伸的刚性就越大，变形就越小。结构抵抗弯曲变形的刚性主要看结构的截面积形状和尺寸的大小，对于短而粗的焊接结构，抗弯刚性大，细而长的构件，抗弯刚性小。结构抵抗扭曲的刚性除决定于结构尺寸大小外，最主要的是结构截面形状, 如结构截面是封闭的，则抗扭曲变形能力就较强，不封闭的则抗扭能力弱。 3.3 装配和焊接顺序影响结构变形。同样一个焊接构件，采用

5、不同的装配、焊接顺序，焊后产生的变形不一样。 3.4 焊接材料的线膨胀系数越大，焊后收缩变形也就越大。如不锈钢及铝的焊接变形比碳钢要大。 3.5 焊接方法的影响，焊接过程中，焊件受热越多，金属受热的体积越大, 焊件扭曲和变形越严重。如气焊比手工电弧焊变形大，而手工弧焊比气保焊变形严重。 3.6 焊接规范也是影响焊接变形的主要因素，变形是随着焊接电流的增加而增加，焊条直径的增大而增大。同时，变形随着焊接速度的增加而减小。 3.7 不同的焊接方向会使焊接结构产生不同的变形情况，这不仅是因为在焊接过程中沿焊缝方向上热量分布不均匀，主要是由于焊缝冷却有先后，在膨胀、收缩过程中受到约束程度不同而引起的。

6、因此对于长直焊缝，采用焊前沿焊缝进行点固，并将长焊缝改为用不同方向的短焊缝的连接方法来减少焊后变形。 3.8 焊接结构的自重和形状的影响，对于自重较大或形状较长的焊件，要在焊接时给予支撑，以免由于自重而增大变形。另外，焊缝间隙过大，坡口角度过大等都会增加变形量。塔筒门框焊接变形的主要形式如下：4.门框焊接变形控制的方法4.1坡口形式的确定塔筒门框与筒节焊接的坡口形式如下图所示：1）采用双形坡口，焊缝的界面尺寸减小，熔敷金属的数量减少，且焊缝厚度方向上对称，收缩方向一致，可以相互抵消一部分变形。2)塔筒法兰不允许外翻，可以适当内倾，为了保证焊接完成后，塔架底法兰不出现外翻的情况，采用内大外小的坡

7、口形式。3）坡口角度太小不便于焊接，并且会出现窄而厚的焊道，增大了出现了裂纹的几率；坡口角度太大增加了焊接层数，变形将会加大，并且焊接层数越多出现缺陷的几率也越多。经过多次试验采用30±5°的坡口角度，成形效果和内部质量都是最好的。4.2刚性固定法焊前对焊件采用外加刚性拘束，强制焊件在焊接时不能自由变形，这种防止焊接残余变形的方法称为刚性固定法。塔筒门框焊接的主要变形是筒节在长度方向上的收缩引起的弯曲与环向方向上的收缩引起的径向弯曲。为了减小这两个方向上的变形，我们分别在这两个方向上加装固定装置，固定装置如下图：在加装固定装置的同时，塔架底法兰口我们用提篮螺栓紧固，有效地保

8、证了法兰的平面度和椭圆度。4.3焊接工艺1）焊接方法焊接连接通常采用手工电弧焊、CO2气体保护焊、埋弧自动焊等焊接方法（包括针对不同焊接接头形式选用的施焊工艺参数）。因这些焊接方法输入的热量不同，引起的焊接残余变形量也不同。埋弧焊的热输入比手工电弧焊大，手工电弧焊比CO2气体保护焊的大，选用热输入小的焊接方法，可以有效的减小焊接变形，我们采用CO2气体保护焊代替传统的手工电弧焊，不仅有效地减小焊接变形，还提高了效率。2）焊接顺序对坡口形式为内大外小的门框焊接时，可以利用焊接顺序来防止焊接变形。其具体做法是：先焊大坡口2/3的厚度，然后在外侧清根和焊接，这样外侧清根和焊接所产生的变形就可以抵消内侧2/3厚度的变形。当在焊接内侧神域部分时因先已焊焊缝金属已经有一定的刚性约束，引起的变形就小。门框焊接焊缝有两条超过2m的长焊缝，采用从中间