《高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)方法》編制說明

《高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)

疲勞性能評(píng)價(jià)方法》（征求意見稿）

編制說明

《高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)方法》編制組

2024年1月

1任務(wù)來源

根據(jù)中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)《關(guān)于<高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔

筒附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)方法>團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)予以立項(xiàng)的通知》

〔2023〕中科促標(biāo)字842號(hào)，由中國(guó)寶武中央研究院牽頭，金風(fēng)科技

等單位共同制定《高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)方法》，

完成年限為2024年。

2編制目的和意義

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

為了持續(xù)提高風(fēng)電裝機(jī)容量，降低制造和運(yùn)行成本，風(fēng)電機(jī)組也不斷

地向大型化和定制化方向發(fā)展，風(fēng)塔整體服役安全與降本對(duì)風(fēng)電項(xiàng)目

投資與競(jìng)爭(zhēng)力提升至關(guān)重要。

風(fēng)電塔架結(jié)構(gòu)除了筒體縱焊縫、筒體環(huán)焊縫、筒體與法蘭異質(zhì)環(huán)

焊縫、門框與筒體焊縫等全熔透承載焊接接頭以外，出于檢修、運(yùn)營(yíng)

維護(hù)等目的，筒體上還要以角接的方式焊接不同型式的非承載附屬件，

附屬件角焊縫在風(fēng)塔服役過程中不承受正向載荷，僅起到連接和傳遞

載荷的作用。然而，附屬件角焊縫的存在增加了整體結(jié)構(gòu)傳遞載荷過

程中的應(yīng)力集中，降低了整體結(jié)構(gòu)的疲勞等級(jí)，這也是基于疲勞設(shè)計(jì)

的風(fēng)塔需要重點(diǎn)考慮的問題。

當(dāng)前業(yè)內(nèi)基于疲勞設(shè)計(jì)的風(fēng)塔結(jié)構(gòu)，附屬件疲勞強(qiáng)度一般采用

EN1993、IIW-2259-15或DNV-RP-C203等標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的對(duì)應(yīng)等級(jí)S-N

曲線與疲勞強(qiáng)度特征值，該特征值的選取僅與接頭細(xì)節(jié)有關(guān)系，與材

料強(qiáng)度等級(jí)無關(guān)。隨著冶金材料與焊接技術(shù)的進(jìn)步，大量研究工作表

明：隨著結(jié)構(gòu)鋼材料屈服強(qiáng)度的提高，無論全熔透對(duì)接接頭，還是非

承載附屬件角接結(jié)構(gòu)，疲勞性能均可以實(shí)現(xiàn)有條件提升。鑒于此，亟

待形成新的標(biāo)準(zhǔn)體系，為基于疲勞設(shè)計(jì)的高強(qiáng)鋼焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用提供指

1

南。

然而，當(dāng)前業(yè)內(nèi)尚沒有針對(duì)風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞

性能評(píng)價(jià)的方法，特別是針對(duì)輕量化減重與降低成本前景廣闊的高強(qiáng)

鋼風(fēng)塔，無論出于材料和供應(yīng)商選擇目的，還是作為風(fēng)塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的

參考，根據(jù)當(dāng)前技術(shù)飛速進(jìn)步與行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需求，迫切需要開展

高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工

作。

3國(guó)內(nèi)外情況簡(jiǎn)要說明

本項(xiàng)目擬形成的標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞

性能評(píng)價(jià)方法，在行業(yè)內(nèi)屬于首次嘗試，目前尚無高度相關(guān)的國(guó)際標(biāo)

準(zhǔn)。其中，涉及到高強(qiáng)鋼母材底板角接非承載附屬件焊接接頭疲勞性

能評(píng)價(jià)，并將實(shí)際的疲勞強(qiáng)度特征值應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)，與當(dāng)前行

業(yè)內(nèi)常用的EN1993、DNV-RP-C203等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)采用固定分級(jí)的S-N

曲線與疲勞強(qiáng)度特征值進(jìn)行設(shè)計(jì)的做法有很大差異，能夠反映使用高

強(qiáng)鋼替代普碳鋼以后焊接接頭實(shí)際疲勞強(qiáng)度提升的事實(shí)，體現(xiàn)出冶金

與制造技術(shù)的進(jìn)步對(duì)焊接接頭疲勞行為的優(yōu)化作用。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定

和實(shí)施具有深刻的時(shí)代特征、地域特征和行業(yè)發(fā)展特征，以EN1993、

DNV-RP-C203等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的起源地歐洲為例，其風(fēng)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(fēng)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(guó)均已經(jīng)走在了從跟隨到引領(lǐng)的路上。此外，也未發(fā)

現(xiàn)其他國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)涉及到高強(qiáng)鋼非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)的

相關(guān)內(nèi)容。

在國(guó)內(nèi)，已經(jīng)形成的與風(fēng)電塔架領(lǐng)域相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要如下：

GB/T1591低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

2

GB/T28410風(fēng)力發(fā)電塔用結(jié)構(gòu)鋼板

GB/T19072風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架

JB/T11218風(fēng)力發(fā)電塔架法蘭鍛件

NB/T47014承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定

NB/T47015壓力容器焊接規(guī)程

然而，上述標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料、制造過程等技術(shù)細(xì)節(jié)限定范圍過于寬泛，

從而造成了實(shí)際供貨和制造過程中質(zhì)量穩(wěn)定性隱患；

(2)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均沒有考慮材料本身焊接適應(yīng)性，特別是在與風(fēng)塔

制造現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)技術(shù)細(xì)節(jié)的規(guī)

定不夠詳細(xì)，沒有進(jìn)行質(zhì)量與安全關(guān)鍵影響因素的細(xì)分，從而導(dǎo)致在

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

同時(shí)，上述國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也未針對(duì)高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒附屬件焊接結(jié)

構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)作出專業(yè)論述，只要涉及結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)場(chǎng)合，就照搬

采用EN1993、DNV-RP-C203等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的固定分級(jí)S-N曲線與

疲勞強(qiáng)度特征值。在當(dāng)今材料冶金制造技術(shù)、焊接技術(shù)飛速發(fā)展的背

景下，具有很大的局限性，不能反映母材底板強(qiáng)度的提高帶來的非承

載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能的適當(dāng)提升。

總之，國(guó)內(nèi)外均沒有在風(fēng)塔材料篩選階段針對(duì)非承載附屬件焊接結(jié)

構(gòu)疲勞性能形成完整的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系，當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行業(yè)平穩(wěn)健康與高質(zhì)量發(fā)展。

3

4編制原則

（1）遵循標(biāo)準(zhǔn)化編制的“四性”要求

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

術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

②本規(guī)程編制過程中應(yīng)該嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)化編制的“四性”要求，即

技術(shù)上的先進(jìn)性和科學(xué)性、與國(guó)家法律法規(guī)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性、標(biāo)

準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施上的可操作性。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家的法律、法規(guī)和方針、政策

本標(biāo)準(zhǔn)編制過程中應(yīng)該嚴(yán)格貫徹執(zhí)行國(guó)家的有關(guān)法律、法規(guī)和方

針、政策，研究現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，深入結(jié)合風(fēng)電塔架主體結(jié)構(gòu)中非承載

附屬件焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與疲勞行為特征，推出系列評(píng)價(jià)措施，堅(jiān)持做到

簡(jiǎn)潔高效、安全可靠。

（3）科學(xué)合理性

本標(biāo)準(zhǔn)編制遵循“科學(xué)、適度、可行”原則，通過長(zhǎng)期開展基于風(fēng)

塔制造和服役條件的高強(qiáng)鋼焊接與接頭動(dòng)載疲勞性能系統(tǒng)評(píng)價(jià)，在大

量可靠數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，行業(yè)內(nèi)首次提出利用模擬高強(qiáng)

鋼風(fēng)塔附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)高強(qiáng)鋼母材焊接適應(yīng)性與疲勞

服役安全性，在風(fēng)塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材階段先期掌握高強(qiáng)鋼材料的系列

性能特征，從源頭上為高強(qiáng)鋼風(fēng)塔設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量提供技術(shù)保障；基

于前期研究發(fā)現(xiàn)的非承載附屬件結(jié)構(gòu)疲勞性能隨母材屈服強(qiáng)度有條

件提升的機(jī)制，在突破現(xiàn)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)限制的基礎(chǔ)上，行業(yè)內(nèi)首次倡導(dǎo)

采用高強(qiáng)鋼母材底板附屬件焊接結(jié)構(gòu)實(shí)際測(cè)試的S-N曲線以及疲勞

強(qiáng)度特征值進(jìn)行高強(qiáng)風(fēng)塔結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)，為風(fēng)塔結(jié)構(gòu)高強(qiáng)輕量化減重

掃清了技術(shù)障礙，增加了高強(qiáng)風(fēng)塔項(xiàng)目成本優(yōu)化空間，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，促進(jìn)了本領(lǐng)域技

4

術(shù)進(jìn)步。本標(biāo)準(zhǔn)不僅具有重要的工程實(shí)踐價(jià)值和學(xué)術(shù)意義，還具有廣

闊的推廣應(yīng)用前景。

（4）可操作性和實(shí)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(fēng)電裝備領(lǐng)域

發(fā)展趨勢(shì)與需求，特別是高強(qiáng)鋼在風(fēng)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(píng)審或投標(biāo)階段基于現(xiàn)場(chǎng)制造焊接條件的高強(qiáng)鋼風(fēng)電

塔筒附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)，為高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔架現(xiàn)場(chǎng)制造焊接

過程的順利實(shí)施以及后續(xù)服役安全提供技術(shù)保證，具有較強(qiáng)的可操作

性和實(shí)用性。

（5）技術(shù)條款的規(guī)范性

體例格式按照《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)

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

嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)構(gòu)清晰。充分發(fā)揚(yáng)民主，通過召開數(shù)次技術(shù)評(píng)審會(huì)，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(jìn)行修改完善。通

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

與比對(duì)，做好與現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間的協(xié)調(diào)，避免重復(fù)或矛盾。

標(biāo)準(zhǔn)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(gè)性的

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

作分工協(xié)作、落實(shí)責(zé)任，即嚴(yán)格控制進(jìn)度計(jì)劃、又確保質(zhì)量。

5編制過程

（1）啟動(dòng)階段

2023年1月，由中國(guó)寶武中央研究院牽頭組建了標(biāo)準(zhǔn)編制工

作組，牽頭單位組織召開工作組啟動(dòng)會(huì)議，制定本標(biāo)準(zhǔn)的工作計(jì)劃及

人員組成和分工等方案。

（2）調(diào)研階段

5

2023年1月～3月，編制組進(jìn)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(xiàng)目深入了解了高強(qiáng)鋼在風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)與

實(shí)踐，針對(duì)高強(qiáng)鋼在風(fēng)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

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(duì)編制大綱進(jìn)行了修改完善，形成正式編

制大綱，提請(qǐng)標(biāo)委會(huì)審查，同時(shí)形成標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)試驗(yàn)數(shù)

據(jù)整合、市場(chǎng)端問題收集與整理，在《高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬

件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)方法》（初稿）基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化和提

升了相關(guān)技術(shù)條款，系統(tǒng)完善了標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，形成了《高強(qiáng)鋼風(fēng)電塔

筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)方法》（咨詢稿）。

（6）征求意見稿編制

2024年1月18日，中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)組織有關(guān)專家對(duì)《高

強(qiáng)鋼風(fēng)電塔筒非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能評(píng)價(jià)方法》（咨詢稿）

進(jìn)行了技術(shù)咨詢。爾后，編制組根據(jù)專家意見和建議對(duì)相關(guān)條款的

內(nèi)容進(jìn)行了修改完善，于2024年1月28日完成了標(biāo)準(zhǔn)（征求意見

稿）。

6

6主要內(nèi)容

本規(guī)范共分10章，以及1個(gè)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(yǔ)與定義

4代號(hào)和縮略語(yǔ)

5模擬高強(qiáng)鋼風(fēng)塔非承載附屬件焊接結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)

6附屬件結(jié)構(gòu)的焊接

7附屬件周向角焊縫外觀檢查與無