《高強鋼風電塔筒非承載附屬件焊接結構疲勞性能評價方法》編制說明

《高強鋼風電塔筒非承載附屬件焊接結構

疲勞性能評價方法》（征求意見稿）

編制說明

《高強鋼風電塔筒非承載附屬件焊接結構疲勞性能評價方法》編制組

2024年1月

1任務來源

根據(jù)中國國際科技促進會標準化工作委員會《關于<高強鋼風電塔

筒附屬件焊接結構疲勞性能評價方法>團體標準予以立項的通知》

〔2023〕中科促標字842號，由中國寶武中央研究院牽頭，金風科技

等單位共同制定《高強鋼風電塔筒附屬件焊接結構疲勞性能評價方法》，

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重要。

風電塔架結構除了筒體縱焊縫、筒體環(huán)焊縫、筒體與法蘭異質環(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、運營

維護等目的，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構傳遞載荷過

程中的應力集中，降低了整體結構的疲勞等級，這也是基于疲勞設計

的風塔需要重點考慮的問題。

當前業(yè)內(nèi)基于疲勞設計的風塔結構，附屬件疲勞強度一般采用

EN1993、IIW-2259-15或DNV-RP-C203等標準中規(guī)定的對應等級S-N

曲線與疲勞強度特征值，該特征值的選取僅與接頭細節(jié)有關系，與材

料強度等級無關。隨著冶金材料與焊接技術的進步，大量研究工作表

明：隨著結構鋼材料屈服強度的提高，無論全熔透對接接頭，還是非

承載附屬件角接結構，疲勞性能均可以實現(xiàn)有條件提升。鑒于此，亟

待形成新的標準體系，為基于疲勞設計的高強鋼焊接結構應用提供指

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南。

然而，當前業(yè)內(nèi)尚沒有針對風電塔筒非承載附屬件焊接結構疲勞

性能評價的方法，特別是針對輕量化減重與降低成本前景廣闊的高強

鋼風塔，無論出于材料和供應商選擇目的，還是作為風塔結構設計的

參考，根據(jù)當前技術飛速進步與行業(yè)高質量發(fā)展需求，迫切需要開展

高強鋼風電塔筒非承載附屬件焊接結構疲勞性能評價相關的標準化工

作。

3國內(nèi)外情況簡要說明

本項目擬形成的標準側重于高強鋼風電塔筒附屬件焊接結構疲勞

性能評價方法，在行業(yè)內(nèi)屬于首次嘗試，目前尚無高度相關的國際標

準。其中，涉及到高強鋼母材底板角接非承載附屬件焊接接頭疲勞性

能評價，并將實際的疲勞強度特征值應用于結構設計指導，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

與制造技術的進步對焊接接頭疲勞行為的優(yōu)化作用。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

風電領域如此，很多重要工業(yè)領域都具有類似特征，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的路上。此外，也未發(fā)

現(xiàn)其他國外標準涉及到高強鋼非承載附屬件焊接結構疲勞性能評價的

相關內(nèi)容。

在國內(nèi)，已經(jīng)形成的與風電塔架領域相關的標準主要如下：

GB/T1591低合金高強度結構鋼

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GB/T28410風力發(fā)電塔用結構鋼板

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，上述標準在實際應用過程中具有一定的局限性，主要表現(xiàn)

在：

(1)相關標準對材料、制造過程等技術細節(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量穩(wěn)定性隱患；

(2)相關標準均沒有考慮材料本身焊接適應性，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性；

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

定不夠詳細，沒有進行質量與安全關鍵影響因素的細分，從而導致在

操作過程中可以有很多選項，不能反映本領域差異化技術要求。

同時，上述國內(nèi)相關標準也未針對高強鋼風電塔筒附屬件焊接結

構疲勞性能評價作出專業(yè)論述，只要涉及結構疲勞設計場合，就照搬

采用EN1993、DNV-RP-C203等國際標準規(guī)定的固定分級S-N曲線與

疲勞強度特征值。在當今材料冶金制造技術、焊接技術飛速發(fā)展的背

景下，具有很大的局限性，不能反映母材底板強度的提高帶來的非承

載附屬件焊接結構疲勞性能的適當提升。

總之，國內(nèi)外均沒有在風塔材料篩選階段針對非承載附屬件焊接結

構疲勞性能形成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)鏈最前端的結構鋼

材料與供應商篩選階段，進行與質量和安全高度相關的技術約束和限制，

從而促進行業(yè)平穩(wěn)健康與高質量發(fā)展。

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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)行有關法律法規(guī)以及國家和行業(yè)現(xiàn)行有關技

術標準的規(guī)定。

②本規(guī)程編制過程中應該嚴格遵循標準化編制的“四性”要求，即

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

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該嚴格貫徹執(zhí)行國家的有關法律、法規(guī)和方

針、政策，研究現(xiàn)行相關標準，深入結合風電塔架主體結構中非承載

附屬件焊接結構特點與疲勞行為特征，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)驗積累的基礎上，行業(yè)內(nèi)首次提出利用模擬高強

鋼風塔附屬件焊接結構疲勞性能評價高強鋼母材焊接適應性與疲勞

服役安全性，在風塔結構設計和選材階段先期掌握高強鋼材料的系列

性能特征，從源頭上為高強鋼風塔設計與制造質量提供技術保障；基

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

件提升的機制，在突破現(xiàn)有國際標準限制的基礎上，行業(yè)內(nèi)首次倡導

采用高強鋼母材底板附屬件焊接結構實際測試的S-N曲線以及疲勞

強度特征值進行高強風塔結構疲勞設計，為風塔結構高強輕量化減重

掃清了技術障礙，增加了高強風塔項目成本優(yōu)化空間，為行業(yè)內(nèi)材料

選擇的規(guī)范性與制造質量的穩(wěn)定性提供了可靠保障，促進了本領域技

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術進步。本標準不僅具有重要的工程實踐價值和學術意義，還具有廣

闊的推廣應用前景。

（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，結合近年來風電裝備領域

發(fā)展趨勢與需求，特別是高強鋼在風塔結構中的持續(xù)推廣應用，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風電

塔筒附屬件焊接結構疲勞性能評價，為高強鋼風電塔架現(xiàn)場制造焊接

過程的順利實施以及后續(xù)服役安全提供技術保證，具有較強的可操作

性和實用性。

（5）技術條款的規(guī)范性

體例格式按照《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構

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，結構清晰。充分發(fā)揚民主，通過召開數(shù)次技術評審會，聽取來

自產(chǎn)業(yè)鏈上下游不同領域專家的意見和建議，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標準編制工

作組，牽頭單位組織召開工作組啟動會議，制定本標準的工作計劃及

人員組成和分工等方案。

（2）調(diào)研階段

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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基礎。

（3）編制大綱

2023年4月～6月，編制組結合前期調(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

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《高強鋼風電塔筒非承載附屬

件焊接結構疲勞性能評價方法》（初稿）基礎上，進一步優(yōu)化和提

升了相關技術條款，系統(tǒng)完善了標準內(nèi)容，形成了《高強鋼風電塔

筒非承載附屬件焊接結構疲勞性能評價方法》（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專家對《高

強鋼風電塔筒非承載附屬件焊接結構疲勞性能評價方法》（咨詢稿）

進行了技術咨詢。爾后，編制組根據(jù)專家意見和建議對相關條款的

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）。

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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術語與定義

4代號和縮略語

5模擬高強鋼風塔非承載附屬件焊接結構型式設計

6附屬件結構的焊接

7附屬件周向角焊縫外觀檢查與無