《風電塔架主體結構用高強鋼焊接適應性評價方法》

ICS91.040

CCSE487

團體標準

T/CI—2024

風電塔架主體結構用高強鋼焊接適應性

評價方法

Evaluationmethodofweldingadaptabilityofhigh-strengthsteelformain

structureofwindpowertower

（征求意見稿）

2024-XX-XX發(fā)布2024-XX-XX實施

中國國際科技促進會發(fā)布

引言

隨著當今清潔能源需求的快速增長，風電領域的投資與建設日新月異。作為風電裝

備成本構成的重要部分，風電塔架結構鋼材料的升級換代對未來行業(yè)高質量發(fā)展具有重

要影響。當前，風電塔架結構鋼材料的應用存在以下兩方面問題：

第一、行業(yè)內一般采用GB1591標準進行風塔結構鋼材料驗收，但該標準所規(guī)定的技

術要求過于寬泛，且不考慮材料特性對現(xiàn)場焊接的適應性，從而為后續(xù)現(xiàn)場制造焊接帶

來了風險和隱患；

第二、當前上游材料供應商眾多，裝備能力和技術能力差別較大，對風電塔架領域

用鋼的認識也不在同一水平，亟需推出一套能夠約束材料性能和焊接適應性的標準，從

而為風塔現(xiàn)場制造焊接與質量的均勻穩(wěn)定提供保障。

本標準規(guī)定的風電塔架主體結構用高強鋼焊接適應性評價方法，適用于基于屈服強

度極限設計以及疲勞設計的大型風電塔架結構高強鋼材料的選擇和比對，通過在供應商

資質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。所有高強鋼材料供應商在參與項目競標前，

必須按照本標準要求完成高強鋼材料焊接適應性評價，評價結果作為項目競標的補充性

文件與重要技術依據(jù)。

III

1范圍

本文件規(guī)定了風電塔架主體結構用高強鋼焊接適應性評價方法，包括筒體和門框，不

包括法蘭和附屬件。本文件規(guī)定的焊接適應性評價方法，可應用于陸地和海上風電塔架項

目，但作為特定環(huán)境條件下的服役性能，需要結合實際需求單獨進行評價。

本文件適用于風電塔架主體結構用高強鋼焊接適應性評價，根據(jù)需要也可用于普碳鋼。

通過在選材、供應商資質評審或投標階段材料焊接適應性評價，為業(yè)主和設計方選擇結構

鋼材料和供應商提供重要參考。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本

適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。

GB/T1591低合金高強度結構鋼

GB/T28410風力發(fā)電塔用結構鋼板

GB/T5313厚度方向性能鋼板

GB/T19072風力發(fā)電機組塔架

GB/T3375焊接術語

GB50661鋼結構焊接規(guī)范

GB/T12467.1金屬材料熔焊質量要求.第1部分質量要求相應等級的選擇準則

GB/T12467.2金屬材料熔焊質量要求.第2部分完整質量要求

GB/T12467.3金屬材料熔焊質量要求.第3部分一般質量要求

GB/T12467.4金屬材料熔焊質量要求.第4部分基本質量要求

GB/T12467.5金屬材料熔焊質量要求.第5部分滿足質量要求應依據(jù)的標準文件

GB/T985.1氣焊、焊條電弧焊、氣體保護焊和高能束焊的推薦坡口

GB/T985.2埋弧焊的推薦坡口

JB/T10045熱切割質量和幾何技術規(guī)范

GB/T8110熔化極氣體保護電弧焊用非合金鋼及細晶粒鋼實心焊絲

GB/T39281氣體保護電弧焊用高強鋼實心焊絲

GB/T10045非合金鋼及細晶粒鋼藥芯焊絲

GB/T36233高強鋼藥芯焊絲

1

GB/T5293埋弧焊用非合金鋼及細晶粒鋼實心焊絲、藥芯焊絲和焊絲-焊劑組合分類

要求

GB/T36034埋弧焊用高強鋼實心焊絲、藥芯焊絲和焊絲-焊劑組合分類要求

GB/T36037埋弧焊和電渣焊用焊劑

GB/T18591焊接預熱溫度、道間溫度及預熱維持溫度的測量指南

GB/T32260.2金屬材料焊縫的破壞性試驗焊件的冷裂紋試驗弧焊方法第2部分：

自拘束試驗

ISO17642-2金屬焊縫的無損檢查焊件的冷裂開檢查第2部分-自約束檢查

NB/T47013.3承壓設備無損檢測第三部分：超聲檢測

NB/T47014承壓設備焊接工藝評定

NB/T47015壓力容器焊接規(guī)程

NB/T47016承壓設備產品焊接試件的力學性能檢驗

ISO15614-1金屬材料焊接工藝規(guī)程及評定焊接工藝評定試驗第一部分：鋼的電弧

焊和氣焊、鎳及鎳合金的電弧焊

ISO15609-1金屬材料焊接工藝規(guī)程和評定焊接工藝規(guī)程第一部分：電弧焊

ISO/TR17671-2焊接金屬材料焊接的推薦第二部分：鐵素體鋼的電弧焊接

ISO17640焊縫無損檢測超聲波檢測技術、檢測水平和評定

GB/T228.1金屬材料拉伸試驗第一部分：室溫試驗方法

GB/T229金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法

GB/T2653焊接接頭彎曲試驗方法

GB/T4340.1金屬材料維氏硬度試驗第一部分：試驗方法

GB/T2654焊接接頭硬度試驗方法

GB/T3075金屬材料疲勞試驗軸向力控制方法

ISO1099金屬材料疲勞試驗軸向力控制方法

GB/T24176金屬材料疲勞試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計方案與分析方法

ISO12107金屬材料疲勞試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計方案與分析方法

IIW-2259-15Recommendationsforfatiguedesignofweldedjointsand

components

DNV-RP-C203Fatiguedesignofoffshoresteelstructures

ISO12135金屬材料準靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗方法

2

ISO15653金屬材料焊接接頭準靜態(tài)斷裂韌度試驗方法

GB/T21143金屬材料準靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗方法

GB/T28896金屬材料焊接接頭準靜態(tài)斷裂韌度測定的試驗方法

3術語和定義

GB/T3375確立規(guī)定的以及下列術語和定義適用于本標準：

3.1

業(yè)主Owner

工程的主管單位或建設單位，或由其委托并授權的單位或代表。

3.2

鋼材供應商Supplier

風電塔架主體結構用高強鋼生產和供應單位。

3.3

必須Shall

表示一種強制性要求的術語，是達到某種特定目的或滿足某種特定要求的必要條件。

3.4

風電塔架主體結構Windturbinestowermainstructure

特指風電塔架中應用高強鋼板的筒體和門框部分，不包括法蘭和附屬件。

3.5

筒體Tube

由具備特定形狀的鋼板經(jīng)過卷制及縱焊縫焊接形成的錐筒形或直筒型單個部件。

3.6

門框Doorframe

出于服役過程中檢修需要在筒體特定部位開孔的門孔框架，一般用超過筒體厚度的結

構鋼與筒體進行連接，起到補強作用以及用于安裝塔架門。

3.7

法蘭Flange

用于筒段之間連接的結構件，一般通過焊接形式與筒節(jié)連接。

3.8

3

附屬件Attachment

出于檢修或其他部件安裝目的，在筒體上以焊接形式連接的各類接口結構件。

3.9

高強鋼Highstrengthsteel

根據(jù)風電塔架行業(yè)特點與使用習慣，特指規(guī)定最低屈服強度級別達到420MPa及以上

的結構鋼，供貨狀態(tài)包括正火、正火軋制、控軋控冷(TMCP)等。

3.10

焊接適應性Weldability

基于特定材料和焊接工藝方法的焊接過程中形成質量與性能良好的焊接接頭的能力。

3.11

焊接工藝指導書Proposedweldingprocedurespecification

按照工程項目要求，根據(jù)已有的焊接試驗結果或工程經(jīng)驗編制的可用于材料焊接適應

性評價的焊接工藝指導性文件。

3.12

焊接工藝規(guī)程Weldingprocedurespecification

基于焊接工藝指導書、經(jīng)過評價合格的可用于材料焊接適應性評價的一整套詳細的焊

接技術規(guī)定和程序。

3.13

重要變量Essentialvariables

特指某一重要的條件或因素，當其發(fā)生變化時，會對已經(jīng)評價合格的材料焊接適應性

結果產生重要影響，并需要重新按照標準要求進行焊接適應性評價。

3.14

焊接工藝性能Weldingoperabilityanddefectsensitivity

在特定焊接工藝條件下，特定材料組合能夠實現(xiàn)穩(wěn)定焊接并得到質量良好的焊接接頭

的能力，以及對各種焊接缺陷的敏感性。

3.15

焊接冷裂紋敏感性Weldingcoldcracksensitivity

在一定的焊接拘束條件下，特定母材與焊接材料組合在焊接過程中產生冷裂紋的傾向。

3.16

焊接接頭力學性能Weldjointmechanicalperformance

4

焊接接頭在服役載荷作用下抵抗失效的能力，包括強度、導向彎曲性能、低溫沖擊韌

性、斷裂韌性、高周疲勞性能等。

3.17

斷裂韌性Fracturetoughness

材料或焊接結構在彈塑性狀態(tài)下抵抗裂紋起裂和止裂的能力，一般通過斷裂力學方法

測試并計算獲取，工程上通常用裂紋尖端張開位移(CTOD)表示。

3.18

高周疲勞性能Highcyclefatigueperformance

材料或焊接結構在一定的循環(huán)交變動載荷作用下，在不發(fā)生局部宏觀塑性變形前提下

的疲勞壽命。

3.19

疲勞強度特征值Detailedcategaryfatiguestrength

基于固定斜率的高周疲勞S-N曲線、疲勞循環(huán)次數(shù)為2*106次對應的疲勞應力范圍值。

4代號和縮略語

本文件出現(xiàn)的代號和縮略語規(guī)定如下：

PWPS：焊接工藝指導書

WPS：焊接工藝規(guī)程

SAW：埋弧焊

FCAW-G：藥芯焊絲熔化極氣體保護焊

NDT：無損檢驗

UT：超聲波檢驗

HAZ：焊接熱影響區(qū)

CTOD：裂紋尖端張開位移

SENB：單側缺口彎曲

CMOD：引伸計監(jiān)測到的裂紋嘴張開位移

FAT：疲勞強度特征值

Fm：CTOD試驗過程中非穩(wěn)態(tài)脆性斷裂或達到最大力平臺時最大力

Vp：對應于Fm的引伸計監(jiān)測到的裂紋嘴張開位移

δc：穩(wěn)定裂紋擴展長度δa<0.2mm時非穩(wěn)態(tài)脆性斷裂CTOD特征值

5

δu：穩(wěn)定裂紋擴展長度δa>0.2mm時非穩(wěn)態(tài)脆性斷裂CTOD特征值

δm：加載過程中出現(xiàn)最大力平臺時對應的CTOD特征值

ECA：工程臨界評估

σmax：疲勞載荷最高應力值

σmin：疲勞載荷最低應力值

?σ：疲勞載荷應力范圍值，?σ=σmax-σmin

N：特定疲勞載荷條件下循環(huán)次數(shù)(條件疲勞壽命)

5焊接工藝性能評價

5.1本標準主要側重于與高強鋼材料屬性密切相關焊接冷裂紋敏感性評價。

5.2結合風電塔架現(xiàn)場制造焊接工藝特點，推薦采用GB/T32260.2規(guī)定的具有自拘束特

征的斜Y坡口裂紋試驗進行高強鋼特定材料組合焊接冷裂紋敏感性評價，提供完整的評價

報告。

5.3對于壁厚達到30mm及以上的高強鋼板，應按照本標準要求進行焊接冷裂紋敏感性評

價。對于壁厚小于30mm的高強鋼板，可以與業(yè)主、主機供應商或第三方進行協(xié)商，免除基

于本標準的焊接冷裂紋敏感性評價。

5.4斜Y坡口裂紋試驗評價報告內容應該包括：

a）母材與焊接材料組合種類、質量證明書

b）焊接方法

c）預熱溫度范圍

d）焊接工藝參數(shù)(焊接電流、焊接電壓、試驗焊縫焊接速度等)

e）試驗焊縫整體形貌

f)試驗焊縫表面裂紋、根部裂紋、斷面裂紋評價，提供裂紋率與宏觀圖

g)評估根部單道焊縫焊接條件下材料硬化程度，遵循GB/T2654，提供各個位置HV10

維氏硬度值。如果焊接冷裂紋率滿足標準要求，根部單道焊縫硬度值不作為驗收指標，但

硬化程度作為不同鋼材供應商材料優(yōu)劣的比較依據(jù)。

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

6.1本標準側重于風電塔架主體結構用高強鋼焊接適應性評價，包括筒體和門框，不包括

法蘭和附屬件。涉及的焊接方法分別為埋弧焊和氣體保護藥芯焊絲半自動焊。

6

6.2為了完成高強鋼特定焊接工藝條件下對接接頭力學性能檢測與評價，需要完成板材對

接焊縫的焊接。

6.3在進行高強鋼板材焊接前，鋼材供應商需要結合風電塔架現(xiàn)場制造焊接條件與自身經(jīng)

驗，編制完成高強鋼焊接適應性評價焊接工藝指導書(PWPS)，并提交業(yè)主或權威第三方審

核批準，只有該PWPS經(jīng)過審核批準后，方可開始高強鋼板材焊接試驗。

6.4經(jīng)過焊接適應性評價合格后，PWPS上升為焊接工藝規(guī)程(WPS)，并作為高強鋼焊接適

應性評價報告的一部分提交業(yè)主。

6.5為了保證高強鋼焊接適應性評價結果對后期項目設計、塔架制造焊接的指導作用，鋼

材供應商宜采用與塔架廠現(xiàn)場制造焊接相同的工藝，或者由業(yè)主、主機供應商指定塔架廠

開展聯(lián)合焊接試驗。

6.6PWPS和WPS應包含以下內容：

a)高強鋼板材信息包括來源、最終狀態(tài)、強度級別、厚度、主要化學成分、碳當量(Ceq)

與冷裂紋敏感指數(shù)(Pcm)、實際的力學性能(屈服強度、抗拉強度、延伸率、低溫沖擊韌性、

維氏硬度等)

b)焊接接頭型式設計包括坡口形式、坡口角度、鈍邊尺寸、組對間隙范圍、是否使用

背面襯墊等，提供詳細的接頭形式圖

c)焊接方法結合風電塔架主體結構現(xiàn)場制造焊接特點，高強鋼焊接適應性適用埋弧

自動焊(SAW)和熔化極氣體保護藥芯焊絲半自動焊(FCAW-G)兩種焊接方法

d)焊接材料包括氣體保護實心焊絲(用于埋弧焊前的打底焊)、埋弧焊絲、焊劑、氣體

保護藥芯焊絲、保護氣體等，并提供所選擇的焊接材料的型號(AWS或GB標準型號分類)、

牌號(廠家和商標)、規(guī)格

e)焊接位置與焊接方向結合風電塔架主體結構現(xiàn)場制造焊接特點，焊接位置包括平

焊、橫焊和立焊，立焊位置的焊接方向包括上向焊與下向焊，焊接位置與焊接方向的選擇

需要明確

f)焊接環(huán)境包括環(huán)境溫度、濕度和風速

g)電流種類與極性電流種類是指焊接電源的輸出電流特征，包括直流和交流兩種。

在直流輸出特征情況下，包括焊絲直流正接(DCEP)和直流反接(DCEN)兩種接線方式。電流

種類與極性的選擇需要明確，并由業(yè)主或權威第三方審核批準；

h)焊接電源廠家與型號提供焊接電源廠家與型號，對于多功能焊接裝備，明確具體

的焊接模式

7

i)焊接準備工作明確焊前坡口及其兩側清理方法和范圍、焊前組對方法、拘束焊接

或自由焊接等

j)預熱、后熱與焊后熱處理明確焊前預熱溫度、預熱方法與預熱溫度監(jiān)測方法，明確

是否采用后熱與焊后熱處理，如有，規(guī)定采用的后熱與焊后熱處理制度

k)道間清理規(guī)定詳細的道間清理方法與使用的工具，避免焊道夾渣缺陷，保證后續(xù)

焊道均勻成型

l)焊接工藝參數(shù)結合風電塔架主體結構現(xiàn)場制造焊接特點，明確焊接電流、焊接電

壓、焊接速度、焊接熱輸入范圍、保護氣體流量等

6.7焊接工藝實施過程參照GB50661：鋼結構焊接規(guī)范，由于本標準側重于結構鋼材料焊

接適應性評價，而非具體的結構件制造焊接，在滿足試驗目的的前提下，GB50661相關條

款均不作為本標準中的強制選項。

6.8具體的PWPS和WPS參考格式見附件1。

7對接接頭外觀檢查與無損檢驗

7.1針對完成對接焊接的高強鋼焊板，進行外觀檢查，除了標記咬邊、表面氣孔、不均勻

尖銳焊道等可能存在的焊接缺陷以外，至少隨機記錄5組不同位置焊縫余高和寬度數(shù)據(jù)。

7.2針對完成外觀檢查的對接焊接的高強鋼焊板，按照ISO17640標準要求進行超聲波無

損檢驗(UT)，并進行橫向掃查，對發(fā)現(xiàn)的除焊接裂紋以外的內部超標缺陷進行標記，以便

在后續(xù)取樣時避開焊接缺陷。

7.3如果發(fā)現(xiàn)各種形式的焊接裂紋，需要對裂紋試樣進行解剖與分析，明確產生焊接裂紋

的種類和原因，形成分析報告與解決方案，并報業(yè)主和第三方知曉。同時，有針對性調整

焊接工藝指導書后重新進行焊接與檢驗，直至沒有焊接裂紋缺陷為止。

8對接接頭力學性能評價

針對完成外觀檢查與超聲波無損檢驗的高強鋼對接接頭，進行力學性能評價試驗。圖

1所示為對接接頭常規(guī)力學性能試樣取樣位置。對于焊接接頭CTOD斷裂韌性和疲勞試樣，

由于所需試樣數(shù)量較多，需要單獨準備一副焊板，去除兩端各25mm長度的焊接不均勻區(qū)

域后，可以在任意位置取樣。

8

1.焊板兩端去除25mm；

2.焊接方向；

3.拉伸試樣、彎曲試

樣；

4.沖擊試樣；

5.拉伸試樣、彎曲試

樣；

6.金相試樣、硬度試樣

圖1對接接頭常規(guī)力學性能試樣取樣位置

力學性能評價項目與試驗數(shù)量如表1所示。推薦采用機械冷加工方法取樣，如果采用

熱加工方法取樣，則需要去除熱影響區(qū)至少3mm。取樣時，根據(jù)前期外觀檢查與無損檢驗

結果，避開超標焊接缺陷區(qū)域。如果焊后試板出現(xiàn)較大的角變形，對于拉伸、彎曲、疲勞

S-N曲線試驗試樣，可以進行冷矯直。然而，對于沖擊和CTOD斷裂韌性試樣，不允許進行

冷矯直。

表1高強鋼對接接頭力學性能評價項目與試驗數(shù)量

拉彎曲(個)

沖擊

厚度伸宏觀金維氏硬CTOD(2)S-N曲線

(1)

(mm)(個面彎背彎側彎相(個)度(個)(個)(3)(組)

(個)

)

<20222/61161

≥202//461161

備注：

(1)接頭沖擊試驗位置包括焊縫金屬和HAZ，每個位置3個試樣；

(2)CTOD斷裂韌性試驗位置包括焊縫金屬和HAZ，每個位置3個有效試樣；

9

(3)采用保留焊縫余高的試樣完成不同應力水平高周疲勞試驗，僅統(tǒng)計失效試樣疲

勞數(shù)據(jù)擬合固定斜率的S-N曲線，并在此基礎上提取疲勞強度特征值作為焊接接頭

疲勞性能評價依據(jù)。

8.1接頭拉伸試驗

8.1.1焊接接頭拉伸試樣需要垂直于焊縫長度方向取樣，試樣型式為中心帶有標距試驗段

的板狀試樣，試樣尺寸可以參考GB/T228.1，也可以使用業(yè)主和第三方認可的非標尺寸，

但優(yōu)先采用全厚度試樣進行試驗。

8.1.2焊縫余高采用機械加工方法去除，使之與兩側母材平齊，不能留有明顯的溝槽和鋸

痕。

8.1.3嚴格按照GB/T228.1規(guī)定的方法，應用經(jīng)過有效校準的拉伸試驗機加載，直至試

樣被拉斷，記錄試樣斷裂時抗拉強度和斷裂位置。

8.1.4拉伸試驗驗收合格的標準為：

a)對于同質高強鋼焊接接頭，無論在什么位置斷裂，抗拉強度不低于GB/T1591或其

他同類標準對應鋼級的規(guī)定最低抗拉強度值

b)對于不同強度級別異質焊接接頭，無論在什么位置斷裂，抗拉強度不低于GB/T1591

或其他同類標準對應兩種鋼級的規(guī)定最低抗拉強度較小值

c)對于因為焊接缺陷、試驗過程異常等與材料本身不相關的因素造成的焊接接頭抗拉

強度不合格，允許在焊板相同位置取樣進行復驗。對于排除上述影響因素的焊接接頭抗拉

強度不合格，不允許進行復驗。

8.2接頭彎曲試驗

8.2.1焊接接頭橫向彎曲試樣需要垂直于焊縫長度方向取樣，試樣型式為矩形板狀試樣，

試樣尺寸可以參考GB/T2653，也可以使用業(yè)主和第三方認可的非標尺寸，但均為全厚度

試樣。

8.2.2根據(jù)板材厚度的不同，分別采用面彎+背彎、側彎的試驗型式。

8.2.3焊縫余高采用機械加工方法去除，使之與兩側母材平齊，受拉面不能留有與拉伸載

荷垂直的明顯的溝槽、鋸痕和劃傷。

8.2.4嚴格按照GB/T2653規(guī)定的方法進行彎曲加載試驗，綜合評價焊接接頭完整性和塑

性。

10

8.2.5焊縫中心應位于彎心軸線位置，彎心直徑d=4T。這里，T表示彎曲試樣厚度(mm)。

彎曲角度ɑ=180°。

8.2.6彎曲試驗驗收合格的標準為：

a)接頭橫向彎曲試樣達到規(guī)定角度后，受拉面的焊縫和HAZ內部任何方向的單道開裂

長度不超過3mm

b)接頭橫向彎曲試樣達到規(guī)定角度后，受拉面的焊縫和HAZ邊緣任何方向的單道開裂

長度不超過6mm

8.2.7對于因為焊接缺陷、試驗過程異常等與材料本身不相關的因素造成的焊接接頭彎曲

性能不合格，允許在焊板相同位置取樣進行復驗。對于排除上述影響因素的接頭彎曲性能

不合格，不允許進行復驗。

8.3接頭沖擊韌性試驗

8.3.1焊接接頭低溫沖擊韌性試樣需要垂直于焊縫長度方向取樣，即：試樣的縱軸線垂直

于焊縫軸線，并優(yōu)先采用10*10*55mm的全尺寸試樣。

8.3.2取樣位置為表面以下1~2mm，并通過采用截面酸蝕的方法確定缺口刻槽位置，缺口

軸向應垂直于母材表面。

8.3.3接頭沖擊韌性試樣缺口位置包括焊縫金屬和HAZ，這里，根據(jù)焊接方法和焊接熱輸

入的不同，HAZ應位于熔合線外側0.5~2mm，并盡可能多的位于肉眼可見焊接熱影響區(qū)。

其中：熔合線定義為：位于焊縫金屬和母材中間，應包含50%焊縫金屬和50%母材，如圖2

所示。

8.3.4嚴格按照GB/T229規(guī)定的方法，應用經(jīng)過有效校準的沖擊試驗機進行接頭沖擊韌

性試驗，試驗溫度不高于對應母材標準規(guī)定的沖擊試驗溫度，記錄沖擊吸收功。

8.3.5沖擊韌性試驗驗收合格的標準為：在試驗溫度下，每個試驗位置一組三個試樣沖擊

吸收功平均值不低于表2對應的規(guī)定值，最多允許其中一個試樣沖擊吸收功低于該規(guī)定值，

但不能低于規(guī)定值的70%。

8.3.6對于因為焊接缺陷、試驗過程異常等與材料本身不相關的因素造成的焊接接頭沖擊

韌性不合格，允許在焊板相同位置取樣進行復驗。對于排除上述影響因素的焊接接頭沖擊

韌性不合格，不允許進行復驗。

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圖2焊接熔合線示意圖

表2鋼材焊接接頭沖擊吸收功最低允許值

鋼材組別規(guī)定最低抗拉強度Rm(MPa)沖擊吸收功均值KV2(J)

1≤450≥20

2450~510≥27

3510~570≥31

4570~630≥34

5630~690≥38

8.4宏觀金相與維氏硬度試驗

8.4.1宏觀金相試樣應包含焊縫金屬、熱影響區(qū)(HAZ)和未受焊接熱影響的母材。將試樣

一側進行研磨、拋光、腐蝕，能夠清晰的顯示出熔合線、HAZ和各層焊道輪廓。

8.4.2宏觀金相驗收標準依據(jù)ISO15614§7.5。

8.4.3應用上述宏觀金相檢查試樣進行維氏硬度HV10測試。在試樣上下表面以下1.5mm

各測一排維氏硬度值，壓痕應包括焊縫金屬、HAZ和母材。圖3所示為焊接接頭試樣維氏

硬度壓痕圖。

8.4.4焊接接頭各個區(qū)域維氏硬度不能超過350HV10。

圖3焊接接頭試樣維氏硬度壓痕圖

8.5接頭CTOD斷裂韌性試驗

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8.5.1焊接接頭CTOD斷裂韌性試驗采用單側缺口彎曲(SENB)試樣，需要垂直于焊縫長度

方向取樣。

8.5.2試樣截面尺寸為B*2B或B*B，B表示試樣厚度，優(yōu)先選擇B=t，t表示母材厚度。

8.5.3通過采用截面酸蝕的方法確定電火花線切割缺口刻槽位置，缺口軸向應垂直于母材

表面，即ISO12135和ISO15653標準所述NP方向。如圖4所示。

N:垂直于焊接方向；P:平行于焊接方向

圖4焊接接頭斷裂韌性試樣缺口平面取向代碼

8.5.4焊接接頭CTOD斷裂韌性試樣缺口位置包括焊縫金屬和HAZ。這里，根據(jù)焊接方法和

焊接熱輸入的不同，HAZ應位于熔合線外側0.5~2mm，并盡可能多的位于肉眼可見焊接熱

影響區(qū)。其中：熔合線定義為：位于焊縫金屬和母材中間，應包含50%焊縫金屬和50%母

材，如圖2所示。

8.5.5針對加工完成的SENB試樣，根據(jù)ISO12135或GB/T21143標準要求依次完成預制

疲勞裂紋、三點彎曲加載壓斷與過程數(shù)據(jù)采集、疲勞裂紋尺寸測量、有效性判定、CTOD特

征值計算。其中，涉及到焊接接頭斷裂韌性測試的相關要求遵循ISO15653或GB/T28896

標準要求。

8.5.6試驗溫度不高于對應母材標準規(guī)定的沖擊試驗溫度。

8.5.7焊接接頭CTOD斷裂韌性試驗評價報告應包含以下內容：

a)試樣種類描述試樣類型、裂紋面取向、試驗位置、試樣厚度、試樣寬度、初始裂紋

長度等

b)材料描述材料強度級別、厚度、供貨狀態(tài)、化學成分特征、焊接工藝特征、預制疲

勞裂紋溫度下材料拉伸性能、三點彎曲加載試驗溫度下材料拉伸性能

c)預制疲勞裂紋條件預制疲勞裂紋控制參數(shù)、加載力Ff和應力強度因子Kf、溫度，

是否進行預制疲勞裂紋前的試樣局部壓縮或反向彎曲處理

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d)試驗條件試驗溫度與降溫方式、位移控制類型、加載速率

e)試驗過程與結果數(shù)據(jù)三點彎曲加載過程力—位移(F-V)曲線、非穩(wěn)態(tài)脆性斷裂或達

到最大力平臺時最大力Fm和引伸計監(jiān)測的裂紋嘴張開位移(CMOD)值Vp、九點法疲勞裂紋長

度測量值、CTOD特征值及其類型、斷口宏觀圖、基于預制疲勞裂紋尺寸和方向的有效性判

定等

8.5.8根據(jù)重要工程結構焊接接頭斷裂韌性要求，試驗溫度下CTOD特征值不應低于0.2mm。

如果焊接接頭CTOD特征值偏低，需要由專業(yè)機構結合風電塔架現(xiàn)場服役狀態(tài)開展工程臨

界評估(ECA)，以確定焊接接頭最大允許缺陷尺寸及結構安全性。

8.5.9對于因為焊接缺陷、試驗過程異常等與材料本身不相關的因素造成的CTOD特征值

偏低，允許在焊板相同位置取樣進行復驗。對于排除上述影響因素的焊接接頭CTOD斷裂

韌性不合格現(xiàn)象，不允許進行復驗。

8.5.10焊接接頭CTOD斷裂韌性作為業(yè)主、設計方和主機供應商選擇結構鋼材料和評判材

料供應商綜合能力的重要依據(jù)。根據(jù)具體項目設計要求，業(yè)主和主機供應商有權決定焊接

接頭斷裂韌性試驗的必要性、試驗種類和頻次。

8.5.11根據(jù)項目設計需要，針對焊接接頭斷裂韌性指標，業(yè)主和主機供應商有權要求開

展KⅠc或J積分測試，或者按照相關標準要求由CTOD特征值轉換為KⅠc或J積分。

8.6接頭疲勞S-N曲線試驗

8.6.1對于基于疲勞設計的風電塔架筒體用高強鋼，需要針對SAW雙面自動焊接的接頭進

行不同應力水平高周疲勞試驗，通過擬合疲勞S-N曲線并提取疲勞強度特征值，評估高強

鋼焊接接頭實際疲勞等級，以此作為基于疲勞設計場合的重要選材依據(jù)。

8.6.2考慮到焊接接頭疲勞試驗結果影響因素眾多以及由此導致的固有的數(shù)據(jù)離散性，為

了使實際的接頭疲勞S-N曲線更加符合統(tǒng)計學特征，并對高強風塔結構設計具有直接的指

導作用，采用三個不同應力范圍值(Δσ)完成焊接接頭疲勞試驗，每個應力范圍值(Δσ)

得到5個有效試驗數(shù)據(jù)，累計得到15個有效試驗數(shù)據(jù)，并據(jù)此擬合S-N曲線。

8.6.3焊接接頭疲勞性能評價適用場景與試樣型式設計

a)適用場景：空氣環(huán)境下結構鋼對接接頭S-N曲線試驗與評價

b)潛在應用與評價對象：風電塔筒環(huán)焊接頭

c)試樣在母材上的位置：對接接頭疲勞試樣為母材橫向，模擬風塔環(huán)焊接頭位置

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d)試樣形狀與公稱尺寸：帶中心平行試驗段的板狀試樣，可選試樣型式如圖5(a),(b)

所示，試樣厚度為25mm。業(yè)主和主機供應商有權決定具體采用的試樣型式

e)試樣表面狀態(tài)：保留焊縫余高與鋼材軋制表面，并保證兩截面加工精度。焊縫余高

不超過焊縫寬度的10%

f)焊縫兩側錯邊量小于2mm，試樣整體角變形小于5°

8.6.4針對焊接接頭疲勞S-N曲線試驗要求規(guī)定如下：

a)試驗遵循標準：GB/T3075或ISO1099

b)數(shù)據(jù)處理參考標準：IIW-2259-15與DNV-RP-C203

c)利用經(jīng)過有效校準的液壓伺服疲勞試驗機或高頻疲勞試驗機，進行軸向拉伸加載疲

勞試驗，平均力示值相對誤差的最大允許值為±1%，力波動度0.5%F·S

d)考慮到小尺寸試樣焊接殘余應力小于實際焊接結構件及其對疲勞測試結果的影響，

應力比R=0.5，同軸度小于5%

e)試驗溫度為室溫，無需試樣加熱。環(huán)境濕度為不超過50%RH。同時，利用紅外測溫

儀隨機監(jiān)測試驗過程中試樣溫度，如果因為循環(huán)交變加載引起試驗過程中試樣溫度超過室

溫5℃以上，則需要采取局部吹冷風等降溫措施

f)為了消除疲勞試驗過程中由于疲勞試樣宏觀形狀因素導致的應力升高效應對測得

的名義應力的影響，包括但不僅限于接頭錯邊、試樣角變形等，使用應變片采集并修正名

義應力。應變片需要放置在試樣正反兩面的焊縫兩側缺口應力集中區(qū)域以外。根據(jù)實際的

焊接工藝方法及其造成的焊縫應力集中區(qū)域范圍與應力梯度，應變片應位于平行試驗段，

且距離焊趾位置不小于試樣厚度

g)對于每個應力范圍值(Δσ)的首個疲勞試樣，使用應變片采集并修正名義應力，同

時得到修正系數(shù)。對于同一應力范圍值(Δσ)的剩余4個疲勞試樣，不再重復使用應變片

監(jiān)測，直接利用前述修正系數(shù)進行名義應力修正

h)試驗結束判據(jù)：當疲勞試樣出現(xiàn)裂紋失效、或者循環(huán)次數(shù)達到2×106次，停止試驗

i)試驗結果有效性判定要求：(a)檢查失效疲勞試樣斷裂位置。如果從焊趾位置開裂，

認為試驗結果有效。如果從焊趾以外的其他位置斷裂，包括但不僅限于焊縫中心、母材金

屬、夾持部位等，認為試驗結果無效，重新取樣進行試驗；(b)每個應力范圍(Δσ)的疲

勞循環(huán)次數(shù)位于5×104~2×106次。否則，認為試驗結果無效，需要適當升高或降低應力范

圍值(Δσ)，重新進行試驗

j)疲勞試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析參照IIW-2259與DNV-RP-C203標準要求，固定斜率m=3，考

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慮試驗數(shù)量對應的特征值k以及標準偏差，擬合得到存活率為97.7%、雙側置信度為75%

的試驗S-N曲線。如圖6所示

k)從試驗S-N曲線中提取對應疲勞循環(huán)次數(shù)N=2×106次的應力范圍值Δσ，作為實

際測試對接接頭疲勞強度特征值，記作FAT，如圖6所示

l)橫向比較普碳鋼與高強鋼焊接接頭實測疲勞強度特征值FAT，并分別與IIW2259標

準FAT90或DNV-RP-C203標準D級S-N曲線疲勞強度水平進行對比，綜合評估高強鋼焊接

接頭疲勞性能

(a)可選試樣型式1

(b)可選試樣型式2

圖5典型焊接接頭疲勞試樣型式與尺寸

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圖6高存活率/高置信度S-N曲線與疲勞強度特征值FAT示意圖

9構成重新評價的重要變量

9.1本標準基于風電塔架筒體和門框現(xiàn)場制造條件進行高強鋼焊接適應性評價，為業(yè)主和

設計方選材提供重要依據(jù)和指導。對于特定材料和工藝組合條件下完成的焊接適應性評價

結果，當以下重要變量發(fā)生改變時，需要重新進行評價。構成重新評價的重要變量如下：

a)不同的鋼材生產制造體系(供應商)對于同一鋼材供應商的不同生產制造基地和產

線，如果有足夠的證據(jù)和數(shù)據(jù)證明其同種材料具有均勻一致的焊接適應性，不構成重新評

價的重要變量

b)同一鋼材生產制造體系內不同的鋼材實際抗拉強度范圍包括五個強度范圍分組：

≤450MPa、450~510MPa、510~570MPa、570~630MPa、630~690MPa。其中，對于基于屈服強

度極限設計的風電塔架筒體與門框用高強鋼，高強度分組的評價結果可以覆蓋低強度分組

c)同一鋼材生產制造體系內具有相同的實際抗拉強度范圍的鋼材，不同的供貨狀態(tài)

(包括但不僅限于正火、正火軋制、TMCP、調質處理等)與母材組織類型(包括但不僅限于鐵

素體、鐵素體+珠光體、鐵素體+貝氏體貝氏體等)

d)供貨鋼板Ceq值超過焊接適應性評價所用鋼板Ceq值0.02

e)供貨鋼板Pcm值超過焊接適應性評價所用鋼板Pcm值0.01

f)供貨鋼板碳含量超過焊接適應性評價所用鋼板碳含量0.05%

g)不同的焊接材料種類、型號與生產制造體系(供應商)

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h)焊接接頭形式從雙面焊變更為單面焊，反之亦然；從背面添加襯墊強制成型變更

為單面焊雙面自由成型，反之亦然；

i)焊接方法不同的焊接方法均構成重新評價的重要變量

9.2針對應用于抗疲勞設計場合的風電塔架筒體結構高強鋼，構成重新評價的重要變量還

包括以下對焊接接頭疲勞性能有重要影響的因素：

a)同一鋼材生產制造體系內不同的鋼材實際抗拉強度范圍包括五個強度范圍分組：

≤450MPa、450~510MPa、510~570MPa、570~630MPa、630~690MPa，且不適用強度覆蓋規(guī)則

b)蓋面焊縫由單道焊變更為多道焊，反之亦然

c)焊縫余高大于焊縫寬度的10%

d)對接接頭錯邊量大于鋼板壁厚的10%，或大于3mm

e)對接接頭角變形大于3°

9.3鋼板壁厚對焊接適應性具有一定的影響：

a)對于基于屈服強度極限設計的風電塔架筒體與門框用高強鋼，厚規(guī)格評價結果可以

覆蓋薄規(guī)格

b)對于基于疲勞設計的風電塔架筒體用高強鋼，綜合考慮厚度因素對接頭疲勞行為的

影響以及常用疲勞試驗機噸位，可以應用20~25mm壁厚高強鋼進行焊接適應性與接頭疲勞

性能評價，并按照IIW-2259-15標準要求對疲勞數(shù)據(jù)進行厚度修正。

9.4同一項目的不同的供貨批次不作為重新評價的變量。

9.5當上述構成重新評價的重要變量以外的其他因素發(fā)生變更時，需要對已有焊接適應性

評價報告做出解釋和說明，在征得業(yè)主和權威第三方同意后，可以不進行重新評價。

9.6在結構鋼材料焊接適應性評價選材階段，業(yè)主和主機供應商擁有對構成重新評價重要

變量以及評價頻次的最終決定權，所有評價結果作為材料供應商優(yōu)劣比選的重要依據(jù)。

10焊接適應性評價報告

風電塔架主體結構用高強鋼焊接適應性評價報告應包含以下內容：

a)母材與焊接材料質量證明書。同時，為了證明所匹配的焊接材料的穩(wěn)定性，焊材供

應商需要提供相同領域使用證明和必要的評價數(shù)據(jù)、報告；

b)焊接工藝過程記錄與焊接工藝規(guī)程(WPS)；

c)焊接操作人員資質證明；

d)常規(guī)力學性能報告(拉伸、沖擊、彎曲、宏觀金相、維氏硬度)；

e)接頭CTOD斷裂韌性報告

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f)接頭疲勞評價報告(包括試樣尺寸、溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、偏心量測量數(shù)據(jù)、有效性記錄、

無效試樣記錄與說明、擬合S-N曲線與疲勞強度特征值FAT提取、典型試樣疲勞斷口圖、

高強鋼焊接接頭疲勞性能評價結論等)；

g)檢測試驗室CNAS資質證明；

h)所有檢測設備有效計量報告；

i)整體評價結論。

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附錄A

（資料性）

PWPS和WPS格式

單位名稱：

適用范圍：

焊接工藝指導書(PWPS)或焊接工藝規(guī)程(WPS)編號：

焊接方法組合：日期：

母材金屬：焊接材料：

母材1鋼級：厚度(mm)：焊材種類：

母材2鋼級：厚度(mm)：焊材執(zhí)行標準：