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机械 研究 与应用 ·２０１２年第６期（总第１２２期） 应用与试验
焊接 直边锥形壳体 与简体 焊接结构 工艺性试 验
周 国强
（新 疆金风科技股份有限公 司，新疆 乌鲁木齐 ８３００２６）
摘 要 ：针对风力发 电机锥形 壳体 与 外筒体 直接连 接 处截 面突 变，引起 局部 应 力过 高，不利 于设备 的 长期 使 用的 问
题 ，从设计优化 该结构 ，对锥形 壳体增加 直边 ，改善局部 应力状 况。通过 焊接模拟 试样的 工艺性试验 ，验 证 了
焊接直 边锥 形 壳体 与简体 焊接 结构 ，对风 力发 电机焊接 结构件 的 多道环 形焊缝的布 置和制造 工艺进行 了探
讨和优化 ，规避 了产品的制造过程可能 出现 的问题 ，缩短 了设计制造周期 。
关键词 ：风力发 电机 ；焊接 结构 ；工艺验 证 试验 ；焊接 工 艺规 范；结构设计
中图分类号 ：ＴＧ４４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００７—４４１４（２０１２）０６—００９５—０４
Ｗ ｅｌｄｉｎｇ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｃｏｎｅ ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｔｕｂｅ ｂｏｄｙ ｗｅｌｄｉｎｇ ｍ ｏｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｅｓｔ
Ｚｈｏｕ Ｇｕｏ—．ｑｉａｎｇ
（Ｘｉｎｊｉａｎｇ ｇｏｌｄ ｗｉｎｄ ｓｃｉｅｎｃｅ＆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｕｒｕｍｃｈｉ Ｘｉｎｇｆｉａｎｇ ８３００２６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ａｔ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｅ ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｔｕｂｅ ｂｏｄｙ ｗｅｌｄｉｎｇ ｉｎ
ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｓｈｏａｅｎ ｔｈｅ ｕｓｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｄｏｎｅ，ｔｈｅ ｓｔｒａｉｇｈｔ
ｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｉｃａｌ ｓｈｅｌｌ ｉｓ ａｄｄｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｂｙ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，
ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｉｃａｌ ｓｈｅｌｌ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ａｎｄ ｔｕｂｅ ｂｏｄｙ ｗｅｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｅｄ，ｔｈｅ ｌａｙｏｕｔ ａｎｄ
ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｈｉ—ｃｈａｎｎｅｌ ｒｉｎｇ ｗｅｌｄ ｆｏｒ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕ ｃｔｕｒａｌ ｐａｎｓ ａｒｅ ｅｘｐｌｏｒｅｄ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，
ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｍａｙ ｏｃｃｕｒ ａｎｄ ｓｈｏ￣ｅｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｃｙｃｌｅ ａｒｅ ａｖｏｉｄｅｄ ｅｆｆｉ—
ｅｉｅｎｔｌｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ；ｗｅｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｒｏｃｅｓｓ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ；ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ
１ 引 言
随着风力发电机组 向 ３ＭＷ 以上 巨型化发展 ，部
件结构趋于复杂化 ，尺寸趋于巨大化 ，焊接结构件作
为风力发电机组机械部件 中使用最多的结构 ，在结构
尺寸上也体现出这种特点和一些创新 。由于风力发
电设 备运行环境 恶劣 ，受力复杂 ，工作 寿命 要求 ２０
年 ，对设备质量要求非常苛刻 ，目前对复杂焊接结构
的强度载荷分析缺少科学经验性模型 ，因此通过工艺
性试验 验证设计结 构 ，优化制造 工艺意义重 大 。
笔者主要对设计 中某部件的典 型焊接结构进行
工艺性试验 ，对结构和工艺进行验证 ，达到优化设计 ，
规范工艺 ，降低风险的 目的。
２ 锥形 壳体与简体焊接结构设计分析
２．１ 研究对 象
原设计为一锥形壳体直接与简体焊接 ，强度分析
和载荷计算结果证明锥壳与简体连接处计算应力 的
安全裕 量较 小 ，对 结构进行 优化 和增加加 强 直边。
焊接结 构 ，材料 Ｑ３４５Ｄ，结构示 意 图如 图 １所 示
（左 图为原设计 ）。
２．２ 结构分 析
该结构由筒体 、直边法兰、锥形壳体通过焊接构
成部件总成 。件 １是 薄壁简体 ，件 ２是直边斜 法兰，
件 ３是锥形壳体 ，件 １与件 ２焊缝结构外侧双面 Ｖ形
坡 口焊缝 ，内侧单面 Ｖ形坡 口焊缝结构 ，件 ２与件 ３
是不等厚对 接双 Ｖ形坡 口环形焊缝。从 图 １可知：
① 焊接材料为厚板 ；② 焊缝计算长度 ３２ｍ为全熔透
性焊缝 ，焊缝结构上封 闭环形焊缝 ，焊接量大拘束度
较大 ；③ ２道环形焊缝距离较近 ，理论尺寸为 ７０ｍｍ。
图 １ 结构示 意图
１．简体 ２．直边法 兰 ３．锥形壳体
２．３ 相关设计 规 范
对焊缝 的设计 ，需避免焊缝集 中，焊缝间应保持
收稿 日期 ：２０１２一ｌ１—２１
作者简介 ：周 国强 （１９７４一），男 ，新疆伊宁人 ，工程师 ，主要 从事风力发 电结构件设计 、制造和质量控制 ，产 品结构工艺设计和制造方 面的工
作 。
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