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

BaF2-MgO-ZrO2-Al2O3-SiO2-SrO 渣系通过多方面的试验被确定为焊剂的配方渣系。确认渣系后，需要对影响焊接工艺性的焊剂熔点、粘度、表面张力、密度、膨胀系数等物理性能进行研究。开展影响辅剂熔点的组元、含量研究，以获得具有合适熔化区间的焊剂。在粘度和表面张力研究方面，通过调整影响焊剂粘度及表面张力的不同组分含量，反映到焊剂的焊接工艺性是否优良，从而优化焊剂的配方。

期望实现的主要技术目标

1 碱度是焊剂的重要特性。根据碱度公式， 对组成焊剂的各组元成分及含量进行分析，并与对应的焊缝金属含氧量、韧性、脱渣性、粘度等进行关联， 获得适宜碱度的高强钢焊丝配套焊剂。

2 焊剂的工艺性研究主要包括：焊剂-熔渣的稳弧、焊剂的脱渣性能、焊剂的成型性能等。拟通过在辅剂中加入易电离组分， 提高电弧稳定性。拟通过调节焊剂适宜的颗粒度及松装比， 使得焊剂具有良好的透气性能， 避免出现压坑等缺陷

3 调节焊剂液态熔渣的粘度、表面张力、透气性等，使得焊剂具有合适的流动性和润湿性，改善成型性能。

4 在原材料控制方面，由于堆敷金属中化学成分有较高要求， 对焊剂中的原材料的杂质元素也要进行严格的控制，需要选择 S 、P和杂质元素含量较低的原材料。

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

张代雨

江苏科技大学

副教授

综合评价

项目总体思路时针对大厚板焊接的特点从焊丝和焊剂量方面入手进行研究，对埋弧焊丝的成分调整、组织控制、工艺优化，严格限制杂质元素含量，并添加微量的合金成分，保证大线能量条件下合金的烧损过渡精准控制，确保大线能量条件下焊缝组织的稳定性，从实现冲击性能的稳定性。对埋弧焊剂研究集中在杂质元素的控制和焊接工艺的优化，如通过配方设计实现焊缝冶金自除磷，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。通过原材料优选，去氢物质的添加增强冶金反应去氢能力，提高抗吸潮能力，降低水分含量，从而近一步降低焊缝金属中氢含量，提高焊缝金属的韧性和抗裂性。采用新型 BaF2-MgO-ZrO2-Al2O3-SiO2-SrO 渣系体系，该渣系焊缝成形美观，表面光洁，线膨胀系数与低碳钢基体存在较大差异，尤其是在大厚板窄间隙根部，焊渣边缘整齐，减少与母材的机械咬合，焊渣自动小段脆断，提高脱渣性能。此外还通过研究颗粒度和松装比对焊缝宽深比的影响和稳弧剂和脱氧剂对电弧形态影响，从而实现成形美观、抗裂性能好的焊道。

查看更多>

处理进度