《風電塔架主體結(jié)構(gòu)用高強鋼焊接適應(yīng)性評價方法》編制說明

風電塔架主體結(jié)構(gòu)用高強鋼焊接適應(yīng)性

評價方法

編制說明

《風電塔架主體結(jié)構(gòu)用高強鋼焊接適應(yīng)性評價方法》編制組

2024年1月

1任務(wù)來源

根據(jù)中國國際科技促進會標準化工作委員會《關(guān)于<風電塔架主體

結(jié)構(gòu)用高強鋼焊接適應(yīng)性評價方法>團體標準予以立項的通知》〔2023〕

中科促標字841號，由中國寶武中央研究院牽頭，金風科技等單位共

同制定《風電塔架主體結(jié)構(gòu)用高強鋼焊接適應(yīng)性評價方法》(以簡稱“評

價方法”)，完成年限為2024年。

2編制目的和意義

在當前“雙碳”戰(zhàn)略背景下，作為清潔能源的風力發(fā)電高速發(fā)展。

為了持續(xù)提高風電裝機容量，降低制造和運行成本，風電機組也不斷

地向大型化和定制化方向發(fā)展，風塔整體服役安全與降本對風電項目

投資與競爭力提升至關(guān)重要。

目前，風塔領(lǐng)域主要依據(jù)EN1993、DNV-RP-C203等國際標準進

行疲勞服役場景的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并選用Q355系列低強度普碳鋼材料，疲

勞強度設(shè)計值依照上述標準中基于焊接接頭型式、焊接質(zhì)量與焊縫幾

何特征的系列S-N曲線進行選取，不考慮結(jié)構(gòu)鋼材料與焊接接頭強度

的提升帶來的接頭疲勞性能的潛在提升行為，這主要與上述國際標準

形成的年代鋼鐵材料冶金與產(chǎn)品制造焊接水平相對較低有關(guān)系。隨著

冶金技術(shù)的發(fā)展與制造水平的不斷提升，越來越多的研究表明：當結(jié)

構(gòu)完整的對接接頭靜態(tài)屈服強度提高后，疲勞強度可以實現(xiàn)有條件提

升。這就為基于疲勞設(shè)計的風塔筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)用高強鋼并實現(xiàn)輕量化減

重成為可能，并將帶來整體設(shè)計和制造成本的降低與經(jīng)濟效益的提升。

然而，當前的主流設(shè)計標準制約了基于疲勞設(shè)計的風塔高強輕量化減

重的可行性，亟待結(jié)合當前行業(yè)技術(shù)進步推出新的標準體系。

同時，即使再基于屈服強度極限設(shè)計場景下，由于國內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼材

料供應(yīng)商眾多，制造水平和質(zhì)量控制能力差異性較大，并可能由此造

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成焊接缺陷與接頭性能的弱化，為風塔制造與安全服役帶來巨大隱患。

再者，當前業(yè)內(nèi)各個風塔制造廠家硬件能力、質(zhì)量控制水平等軟實力

也存在很大差別，結(jié)構(gòu)鋼材料本身焊接適應(yīng)性的差異會在制造現(xiàn)場放

大，增加了焊接制造過程和接頭服役過程失效風險。鑒于此，同樣有

必要推進標準化工作，在風塔結(jié)構(gòu)鋼選材階段開展高強鋼焊接適應(yīng)性

評價，并以此作為業(yè)主選擇供應(yīng)商的重要依據(jù)。

然而，當前業(yè)內(nèi)尚沒有針對風塔結(jié)構(gòu)鋼材料供應(yīng)商篩選階段焊接

適應(yīng)性評價、考慮母材自身屈服強度影響的焊接接頭疲勞性能系統(tǒng)評

價的相關(guān)標準，根據(jù)當前技術(shù)飛速進步與行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需求，有必

要在風電塔架主體結(jié)構(gòu)用高強鋼焊接適應(yīng)性評價領(lǐng)域開展標準化工作。

3國內(nèi)外情況簡要說明

本項目擬形成的標準側(cè)重于風電塔架主體結(jié)構(gòu)用高強鋼焊接適應(yīng)

性評價方法，屬于行業(yè)內(nèi)首次嘗試，目前尚無高度相關(guān)的國際標準。

但是，其中涉及到高強鋼焊接接頭疲勞性能評價并將實際的疲勞強度

特征值應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計指導，與當前行業(yè)內(nèi)常用的EN1993、

DNV-RP-C203等國際標準采用固定分級的S-N曲線與疲勞強度特征值

進行設(shè)計的做法有很大差異，能夠反映使用高強鋼替代普碳鋼以后焊

接接頭實際疲勞強度提升的事實，體現(xiàn)出冶金與制造技術(shù)的進步對焊

接接頭疲勞行為的優(yōu)化作用。然而，國際標準的制定和實施具有深刻

的時代特征、地域特征和行業(yè)發(fā)展特征，以EN1993、DNV-RP-C203

等國際標準的起源地歐洲為例，其風電裝備的發(fā)展速度、技術(shù)更新需

求和降低成本的迫切性均不高，更多的是維持現(xiàn)狀。不僅風電領(lǐng)域如

此，很多重要工業(yè)領(lǐng)域都具有類似特征，特別是各種重型裝備制造業(yè)，

我國均已經(jīng)走在了從跟隨到引領(lǐng)的路上。

在國內(nèi)，已經(jīng)形成的與風電塔架領(lǐng)域相關(guān)的標準主要如下：

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GB/T1591低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼

GB/T28410風力發(fā)電塔用結(jié)構(gòu)鋼板

GB/T19072風力發(fā)電機組塔架

JB/T11218風力發(fā)電塔架法蘭鍛件

NB/T47014承壓設(shè)備焊接工藝評定

NB/T47015壓力容器焊接規(guī)程

然而，上述標準在實際應(yīng)用過程中具有一定的局限性，主要表現(xiàn)

在：

(1)相關(guān)標準對材料、制造過程等技術(shù)細節(jié)限定范圍過于寬泛，

從而造成了實際供貨和制造過程中質(zhì)量穩(wěn)定性隱患；

(2)相關(guān)標準均沒有考慮材料本身焊接適應(yīng)性，特別是在與風塔

制造現(xiàn)場一致的焊接工藝條件下的焊接適應(yīng)性；

(3)為了滿足絕大多數(shù)廠家技術(shù)水平，相關(guān)標準對技術(shù)細節(jié)的規(guī)

定不夠詳細，沒有進行質(zhì)量與安全關(guān)鍵影響因素的細分，從而導致在

操作過程中可以有很多選項，不能反映本領(lǐng)域差異化技術(shù)要求。

可見，國內(nèi)外均沒有在風塔材料篩選階段完整的標準評價體系，當

前標準不能從根本上反映行業(yè)特征與差異化需求，亟待推出新的標準體

系，從產(chǎn)業(yè)鏈最前端的結(jié)構(gòu)鋼材料與供應(yīng)商篩選階段，進行與質(zhì)量和安

全高度相關(guān)的技術(shù)約束和限制，從而促進行業(yè)平穩(wěn)健康與高質(zhì)量發(fā)展。

4編制原則

（1）遵循標準化編制的“四性”要求

①貫徹執(zhí)行國家現(xiàn)行有關(guān)法律法規(guī)以及國家和行業(yè)現(xiàn)行有關(guān)技

術(shù)標準的規(guī)定。

②本規(guī)程編制過程中應(yīng)該嚴格遵循標準化編制的“四性”要求，即

技術(shù)上的先進性和科學性、與國家法律法規(guī)和相關(guān)標準的協(xié)調(diào)性、標

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準發(fā)布實施上的可操作性。

（2）嚴格執(zhí)行國家的法律、法規(guī)和方針、政策

本標準編制過程中應(yīng)該嚴格貫徹執(zhí)行國家的有關(guān)法律、法規(guī)和方

針、政策，研究現(xiàn)行相關(guān)標準，密切結(jié)合風電塔架主體結(jié)構(gòu)對高強鋼

焊接適應(yīng)性的技術(shù)要求，在與塔架制造焊接工藝一致的條件下，推出

系列評價措施，堅持做到簡潔高效、安全可靠。

（3）科學合理性

本標準編制遵循“科學、適度、可行”原則，通過長期開展基于風

塔制造和服役條件的高強鋼焊接與接頭動載疲勞性能系統(tǒng)評價，在大

量可靠數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上，通過揭示質(zhì)量完整的高強鋼對

接接頭疲勞性能隨母材屈服強度提高而有條件提升的客觀規(guī)律，突破

現(xiàn)有國際標準不區(qū)分鋼材強度等級而采用固定分級的焊接接頭系列

S-N曲線進行設(shè)計的方法，為高強鋼在基于疲勞設(shè)計的風塔中的應(yīng)用

與輕量化減重提供科學依據(jù)，為行業(yè)內(nèi)材料選擇的規(guī)范性與制造質(zhì)量

的穩(wěn)定性提供了可靠保障，為風塔產(chǎn)品制造端與服役過程中質(zhì)量問題

與失效分析提供了診斷方向和依據(jù)，促進了本領(lǐng)域技術(shù)進步。本標準

不僅具有重要的工程實踐價值和學術(shù)意義，還具有廣闊的推廣應(yīng)用前

景。

（4）可操作性和實用性

充分考慮編制本規(guī)程的目的和必要性，結(jié)合近年來風電裝備領(lǐng)域

發(fā)展趨勢與需求，特別是高強鋼在風塔結(jié)構(gòu)中的持續(xù)推廣應(yīng)用，通過

在供應(yīng)商資質(zhì)評審或投標階段基于現(xiàn)場制造焊接條件的高強鋼焊接

適應(yīng)性評價，為高強鋼風電塔架現(xiàn)場制造焊接過程的順利實施提供保

證，具有較強的可操作性和實用性。

（5）技術(shù)條款的規(guī)范性

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體例格式按照《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)

和起草規(guī)則》GB/T1.1—2020的要求進行編制。做到格式規(guī)范，邏輯

嚴謹，結(jié)構(gòu)清晰。充分發(fā)揚民主，通過召開數(shù)次技術(shù)評審會，聽取來

自產(chǎn)業(yè)鏈上下游不同領(lǐng)域?qū)＜业囊庖姾徒ㄗh，持續(xù)進行修改完善。通

過行業(yè)內(nèi)共同協(xié)商，確保標準條款具有廣泛的代表性。通過系統(tǒng)調(diào)研

與比對，做好與現(xiàn)行相關(guān)標準之間的協(xié)調(diào)，避免重復或矛盾。

標準的編寫符合統(tǒng)一的規(guī)定，內(nèi)容編排上符合先共性、后個性的

原則，做到內(nèi)容完整、具體，用詞簡明，規(guī)定明確，不模棱兩可。工

作分工協(xié)作、落實責任，即嚴格控制進度計劃、又確保質(zhì)量。

5編制過程

（1）啟動階段

2023年1月，由中國寶武中央研究院牽頭組建了規(guī)程編制工

作組，牽頭單位組織召開工作組啟動會議，制定本規(guī)程的工作計劃及

人員組成和分工等方案。

（2）調(diào)研階段

2023年1月～3月，編制組進行了行業(yè)發(fā)展調(diào)研、前期研究成

果整理歸納、產(chǎn)業(yè)鏈頭部公司走訪交流、高校與科研院所交流溝通，

并結(jié)合具體工程項目深入了解了高強鋼在風塔制造過程中給面臨

的問題和用戶端的迫切需求，獲取了第一手的重要資料與數(shù)據(jù)，為

本標準的編制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

（3）編制大綱

2023年4月～6月，編制組結(jié)合前期調(diào)研走訪、工程項目經(jīng)驗與

實踐，針對高強鋼在風塔制造焊接過程中出現(xiàn)的問題以及用戶端最迫

切的訴求，完成了編制大綱。

（4）初稿編制

5

2023年7月～9月，編制組經(jīng)過多次研究和討論，充分聽取各單

位的意見并研究相關(guān)資料，對編制大綱進行了修改完善，形成正式編

制大綱，提請標委會審查，同時形成標準初稿。

（5）咨詢稿編制

2023年10月~2024年1月，編制組開展了大量的現(xiàn)場試驗數(shù)

據(jù)整合、市場端問題收集與整理，在《風電塔架主體結(jié)構(gòu)用高強鋼

焊接適應(yīng)性評價方法》（初稿）基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化和提升了相關(guān)

技術(shù)條款，系統(tǒng)完善了標準內(nèi)容，形成了《風電塔架主體結(jié)構(gòu)用高

強鋼焊接適應(yīng)性評價方法》（咨詢稿）。

（6）征求意見稿編制

2024年1月18日，中國國際科技促進會組織有關(guān)專家對《風

電塔架主體結(jié)構(gòu)用高強鋼焊接適應(yīng)性評價方法》（咨詢稿）進行了技

術(shù)咨詢。爾后，編制組根據(jù)專家意見和建議對相關(guān)條款的內(nèi)容進行

了修改完善，于2024年1月28日完成了標準（征求意見稿）。

6主要內(nèi)容

本規(guī)范共分10章，以及1個附錄。主要有：

前??言

引??言

1范圍

2規(guī)范性引用文件

3術(shù)語與定義

4代號和縮略語

5焊接工藝性能評價

6基于對接接頭力學性能評價的焊接工藝指導書與焊接工藝規(guī)程

7對接接頭外觀檢查與無損檢驗