科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

鉴于目前国内风电的发展势头良好，预计未来几年风电的设备制造也会十分可观，加上国家过风电等清洁能源的大力支持，目前已经有大量客户开始进入风电制造行业，因此对焊材的需求也会越来越多。

风电行业包括路上风电和海上风电，主要由基座、塔筒以及叶片等组成，板厚较厚，主要以直缝和环缝为主，采用埋弧焊接方式焊接，母材多以 Q345C、D、E 等材料为主，并且对焊缝要求较为严格。与此同时，国内焊材在风电行业的应用也越来越多，在焊材配套方面国内埋弧焊丝多采用 H10Mn2 和 EH14 等常规碳钢焊丝，焊剂仍多采用 SJ101 焊剂，在风电大厚板生产制造过程仍存在诸多待解决因素，比如在大厚板焊接时由于 S、P 等杂质元素富集导致焊缝组织抗裂性下降，产生裂纹从而不得不大量返工、大线能量焊接导致焊缝组织粗大，冲击性能下降、焊缝探伤合格率不高、大厚板焊接时窄间隙根部脱渣困难等问题。因此需要开展适合风电行业需求的埋弧焊丝及焊剂开发研究，推出满足风电行业专用的焊丝焊剂组合，对于解决风电行业大厚板焊接痛点，初级公司相关埋弧焊丝焊剂在风电行业的推广具有重要意义。本项目依据行业发展现状和、存在问题及对相应焊材的需求在公司内部进行项目立项（任务书编号为：TM202006），项目周期为 2020年6月到2021年12月。

风力发电是重要的可再生清洁能源发电方式，也是世界各国高度重视并发展的战略性产业之一，在能源、环境保护等方面更是具有举足轻重的作用。在国家积极的风电政策鼓励下，通过技术引进、消化吸收和再创新等途径，使我国风电工业进入了前所未有的强劲发展时期，整个产业链逐渐成熟、技术不断取得突破性进展，使我国风电产业实现了从弱到强的跨越式发展可见我国风电还处于快速发展时期，发展前景可期。

埋弧焊是塔筒制作过程中应用到的主要工艺方法，随着塔筒厚度的增加，焊接难度也在不断增加；同时，焊接填充量也在成倍增加，

基于对焊接效率的最求，大厚板高效埋弧焊接工艺需求也在不断增加，如多丝埋弧焊工艺、单丝大线能量埋弧焊接工艺等。显然，对埋弧焊焊接材料的技术要求也应且必须相应提高，以保证获得优质的焊缝。特别是海上风电的不断涌现，风机大功率化，海上环境恶劣，维修困难，因而相应塔筒厚度不断增加，焊缝技术要求也相应增多等。

因而，针对风电焊接的新需求，对埋弧焊焊接材料进行优化升级非常必要，以满足风电焊接需要，推动公司焊接材料在风电领域的应用，强化国内风电产业链供应能力。

需解决的主要技术难题

1 设计合理的原丝化学成分，考虑原丝自身的化学成分与 S、 P 含量、气体含量的影响， 同时要考虑配套焊剂的焊接冶金特点。

2 借鉴风电传统埋弧焊丝的成分设计，根据合金强化理论，包含适量的 C、 Mn 、Si 、S 、P 等合金元素均可以提高堆敷金属的力学性能。因此， 保证相应的熔敷金属力学性能就需要对上述元素进行合理搭配。而本项目考虑到在大线能量条件下合金元素的烧蚀与过度，以及焊缝组织 的粗大冲击韧性的恶化，除上述元素外焊丝中添加适量 Nb ，Zr，提 高大厚板的大线能量条件下的低温韧性， 使其冲击韧性富余量高。

期望实现的主要技术目标

控制焊丝中 S 、P 含量对提高焊材低温韧性和抗裂性。S 、P  是有害杂质元素，若焊缝中含硫量过高，则在熔池结晶时易于偏析， 从而增大了焊缝金属的热裂纹倾向， 同时还降低了冲击韧性和抗腐蚀性， 本发明中尽量降低 S 、P 含量； 尤其是在风电大厚板 大线能量焊接条件下，本身焊接接头应力较大，对 S 、P 含量造成的 薄弱低温组织更加敏感，因此作为风电行业大厚板用的焊丝，要求材料具有较低的 S 、P 含量。

需求解析

解析单位：“科创中国”高端装备产业科技服务团（中国造船工程学会） 解析时间：2023-10-11

李龙

702研究所

高级工程师

综合评价

项目首次提出通过焊接熔池的冶金反应，进一步降低焊缝中难以去除的有害元素P。通过焊剂中同时添加铝钡合金、硅钡合金和氟化钡脱磷材料，其比例为 1:2:1，实现还原脱磷，通过降低焊缝中碳含量，增加焊剂碱度至 2.2-2.5，提高脱磷效果。项目需求足够清晰便于专家进行需求跟进。

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处理进度