《风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性评价方法》

ICS91.040

CCSE487

团体标准

T/CI—2024

风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性

评价方法

Evaluationmethodofweldingadaptabilityofhigh-strengthsteelformain

structureofwindpowertower

（征求意见稿）

2024-XX-XX发布2024-XX-XX实施

中国国际科技促进会发布

引言

随着当今清洁能源需求的快速增长，风电领域的投资与建设日新月异。作为风电装

备成本构成的重要部分，风电塔架结构钢材料的升级换代对未来行业高质量发展具有重

要影响。当前，风电塔架结构钢材料的应用存在以下两方面问题：

第一、行业内一般采用GB1591标准进行风塔结构钢材料验收，但该标准所规定的技

术要求过于宽泛，且不考虑材料特性对现场焊接的适应性，从而为后续现场制造焊接带

来了风险和隐患；

第二、当前上游材料供应商众多，装备能力和技术能力差别较大，对风电塔架领域

用钢的认识也不在同一水平，亟需推出一套能够约束材料性能和焊接适应性的标准，从

而为风塔现场制造焊接与质量的均匀稳定提供保障。

本标准规定的风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性评价方法，适用于基于屈服强

度极限设计以及疲劳设计的大型风电塔架结构高强钢材料的选择和比对，通过在供应商

资质评审或投标阶段基于现场制造焊接条件的高强钢焊接适应性评价，为高强钢风电塔

架现场制造焊接过程的顺利实施提供保证。所有高强钢材料供应商在参与项目竞标前，

必须按照本标准要求完成高强钢材料焊接适应性评价，评价结果作为项目竞标的补充性

文件与重要技术依据。

III

1范围

本文件规定了风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性评价方法，包括筒体和门框，不

包括法兰和附属件。本文件规定的焊接适应性评价方法，可应用于陆地和海上风电塔架项

目，但作为特定环境条件下的服役性能，需要结合实际需求单独进行评价。

本文件适用于风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性评价，根据需要也可用于普碳钢。

通过在选材、供应商资质评审或投标阶段材料焊接适应性评价，为业主和设计方选择结构

钢材料和供应商提供重要参考。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本

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

GB/T1591低合金高强度结构钢

GB/T28410风力发电塔用结构钢板

GB/T5313厚度方向性能钢板

GB/T19072风力发电机组塔架

GB/T3375焊接术语

GB50661钢结构焊接规范

GB/T12467.1金属材料熔焊质量要求.第1部分质量要求相应等级的选择准则

GB/T12467.2金属材料熔焊质量要求.第2部分完整质量要求

GB/T12467.3金属材料熔焊质量要求.第3部分一般质量要求

GB/T12467.4金属材料熔焊质量要求.第4部分基本质量要求

GB/T12467.5金属材料熔焊质量要求.第5部分满足质量要求应依据的标准文件

GB/T985.1气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口

GB/T985.2埋弧焊的推荐坡口

JB/T10045热切割质量和几何技术规范

GB/T8110熔化极气体保护电弧焊用非合金钢及细晶粒钢实心焊丝

GB/T39281气体保护电弧焊用高强钢实心焊丝

GB/T10045非合金钢及细晶粒钢药芯焊丝

GB/T36233高强钢药芯焊丝

1

GB/T5293埋弧焊用非合金钢及细晶粒钢实心焊丝、药芯焊丝和焊丝-焊剂组合分类

要求

GB/T36034埋弧焊用高强钢实心焊丝、药芯焊丝和焊丝-焊剂组合分类要求

GB/T36037埋弧焊和电渣焊用焊剂

GB/T18591焊接预热温度、道间温度及预热维持温度的测量指南

GB/T32260.2金属材料焊缝的破坏性试验焊件的冷裂纹试验弧焊方法第2部分：

自拘束试验

ISO17642-2金属焊缝的无损检查焊件的冷裂开检查第2部分-自约束检查

NB/T47013.3承压设备无损检测第三部分：超声检测

NB/T47014承压设备焊接工艺评定

NB/T47015压力容器焊接规程

NB/T47016承压设备产品焊接试件的力学性能检验

ISO15614-1金属材料焊接工艺规程及评定焊接工艺评定试验第一部分：钢的电弧

焊和气焊、镍及镍合金的电弧焊

ISO15609-1金属材料焊接工艺规程和评定焊接工艺规程第一部分：电弧焊

ISO/TR17671-2焊接金属材料焊接的推荐第二部分：铁素体钢的电弧焊接

ISO17640焊缝无损检测超声波检测技术、检测水平和评定

GB/T228.1金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法

GB/T229金属材料夏比摆锤冲击试验方法

GB/T2653焊接接头弯曲试验方法

GB/T4340.1金属材料维氏硬度试验第一部分：试验方法

GB/T2654焊接接头硬度试验方法

GB/T3075金属材料疲劳试验轴向力控制方法

ISO1099金属材料疲劳试验轴向力控制方法

GB/T24176金属材料疲劳试验数据统计方案与分析方法

ISO12107金属材料疲劳试验数据统计方案与分析方法

IIW-2259-15Recommendationsforfatiguedesignofweldedjointsand

components

DNV-RP-C203Fatiguedesignofoffshoresteelstructures

ISO12135金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法

2

ISO15653金属材料焊接接头准静态断裂韧度试验方法

GB/T21143金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法

GB/T28896金属材料焊接接头准静态断裂韧度测定的试验方法

3术语和定义

GB/T3375确立规定的以及下列术语和定义适用于本标准：

3.1

业主Owner

工程的主管单位或建设单位，或由其委托并授权的单位或代表。

3.2

钢材供应商Supplier

风电塔架主体结构用高强钢生产和供应单位。

3.3

必须Shall

表示一种强制性要求的术语，是达到某种特定目的或满足某种特定要求的必要条件。

3.4

风电塔架主体结构Windturbinestowermainstructure

特指风电塔架中应用高强钢板的筒体和门框部分，不包括法兰和附属件。

3.5

筒体Tube

由具备特定形状的钢板经过卷制及纵焊缝焊接形成的锥筒形或直筒型单个部件。

3.6

门框Doorframe

出于服役过程中检修需要在筒体特定部位开孔的门孔框架，一般用超过筒体厚度的结

构钢与筒体进行连接，起到补强作用以及用于安装塔架门。

3.7

法兰Flange

用于筒段之间连接的结构件，一般通过焊接形式与筒节连接。

3.8

3

附属件Attachment

出于检修或其他部件安装目的，在筒体上以焊接形式连接的各类接口结构件。

3.9

高强钢Highstrengthsteel

根据风电塔架行业特点与使用习惯，特指规定最低屈服强度级别达到420MPa及以上

的结构钢，供货状态包括正火、正火轧制、控轧控冷(TMCP)等。

3.10

焊接适应性Weldability

基于特定材料和焊接工艺方法的焊接过程中形成质量与性能良好的焊接接头的能力。

3.11

焊接工艺指导书Proposedweldingprocedurespecification

按照工程项目要求，根据已有的焊接试验结果或工程经验编制的可用于材料焊接适应

性评价的焊接工艺指导性文件。

3.12

焊接工艺规程Weldingprocedurespecification

基于焊接工艺指导书、经过评价合格的可用于材料焊接适应性评价的一整套详细的焊

接技术规定和程序。

3.13

重要变量Essentialvariables

特指某一重要的条件或因素，当其发生变化时，会对已经评价合格的材料焊接适应性

结果产生重要影响，并需要重新按照标准要求进行焊接适应性评价。

3.14

焊接工艺性能Weldingoperabilityanddefectsensitivity

在特定焊接工艺条件下，特定材料组合能够实现稳定焊接并得到质量良好的焊接接头

的能力，以及对各种焊接缺陷的敏感性。

3.15

焊接冷裂纹敏感性Weldingcoldcracksensitivity

在一定的焊接拘束条件下，特定母材与焊接材料组合在焊接过程中产生冷裂纹的倾向。

3.16

焊接接头力学性能Weldjointmechanicalperformance

4

焊接接头在服役载荷作用下抵抗失效的能力，包括强度、导向弯曲性能、低温冲击韧

性、断裂韧性、高周疲劳性能等。

3.17

断裂韧性Fracturetoughness

材料或焊接结构在弹塑性状态下抵抗裂纹起裂和止裂的能力，一般通过断裂力学方法

测试并计算获取，工程上通常用裂纹尖端张开位移(CTOD)表示。

3.18

高周疲劳性能Highcyclefatigueperformance

材料或焊接结构在一定的循环交变动载荷作用下，在不发生局部宏观塑性变形前提下

的疲劳寿命。

3.19

疲劳强度特征值Detailedcategaryfatiguestrength

基于固定斜率的高周疲劳S-N曲线、疲劳循环次数为2*106次对应的疲劳应力范围值。

4代号和缩略语

本文件出现的代号和缩略语规定如下：

PWPS：焊接工艺指导书

WPS：焊接工艺规程

SAW：埋弧焊

FCAW-G：药芯焊丝熔化极气体保护焊

NDT：无损检验

UT：超声波检验

HAZ：焊接热影响区

CTOD：裂纹尖端张开位移

SENB：单侧缺口弯曲

CMOD：引伸计监测到的裂纹嘴张开位移

FAT：疲劳强度特征值

Fm：CTOD试验过程中非稳态脆性断裂或达到最大力平台时最大力

Vp：对应于Fm的引伸计监测到的裂纹嘴张开位移

δc：稳定裂纹扩展长度δa<0.2mm时非稳态脆性断裂CTOD特征值

5

δu：稳定裂纹扩展长度δa>0.2mm时非稳态脆性断裂CTOD特征值

δm：加载过程中出现最大力平台时对应的CTOD特征值

ECA：工程临界评估

σmax：疲劳载荷最高应力值

σmin：疲劳载荷最低应力值

∆σ：疲劳载荷应力范围值，∆σ=σmax-σmin

N：特定疲劳载荷条件下循环次数(条件疲劳寿命)

5焊接工艺性能评价

5.1本标准主要侧重于与高强钢材料属性密切相关焊接冷裂纹敏感性评价。

5.2结合风电塔架现场制造焊接工艺特点，推荐采用GB/T32260.2规定的具有自拘束特

征的斜Y坡口裂纹试验进行高强钢特定材料组合焊接冷裂纹敏感性评价，提供完整的评价

报告。

5.3对于壁厚达到30mm及以上的高强钢板，应按照本标准要求进行焊接冷裂纹敏感性评

价。对于壁厚小于30mm的高强钢板，可以与业主、主机供应商或第三方进行协商，免除基

于本标准的焊接冷裂纹敏感性评价。

5.4斜Y坡口裂纹试验评价报告内容应该包括：

a）母材与焊接材料组合种类、质量证明书

b）焊接方法

c）预热温度范围

d）焊接工艺参数(焊接电流、焊接电压、试验焊缝焊接速度等)

e）试验焊缝整体形貌

f)试验焊缝表面裂纹、根部裂纹、断面裂纹评价，提供裂纹率与宏观图

g)评估根部单道焊缝焊接条件下材料硬化程度，遵循GB/T2654，提供各个位置HV10

维氏硬度值。如果焊接冷裂纹率满足标准要求，根部单道焊缝硬度值不作为验收指标，但

硬化程度作为不同钢材供应商材料优劣的比较依据。

6基于对接接头力学性能评价的焊接工艺指导书与焊接工艺规程

6.1本标准侧重于风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性评价，包括筒体和门框，不包括

法兰和附属件。涉及的焊接方法分别为埋弧焊和气体保护药芯焊丝半自动焊。

6

6.2为了完成高强钢特定焊接工艺条件下对接接头力学性能检测与评价，需要完成板材对

接焊缝的焊接。

6.3在进行高强钢板材焊接前，钢材供应商需要结合风电塔架现场制造焊接条件与自身经

验，编制完成高强钢焊接适应性评价焊接工艺指导书(PWPS)，并提交业主或权威第三方审

核批准，只有该PWPS经过审核批准后，方可开始高强钢板材焊接试验。

6.4经过焊接适应性评价合格后，PWPS上升为焊接工艺规程(WPS)，并作为高强钢焊接适

应性评价报告的一部分提交业主。

6.5为了保证高强钢焊接适应性评价结果对后期项目设计、塔架制造焊接的指导作用，钢

材供应商宜采用与塔架厂现场制造焊接相同的工艺，或者由业主、主机供应商指定塔架厂

开展联合焊接试验。

6.6PWPS和WPS应包含以下内容：

a)高强钢板材信息包括来源、最终状态、强度级别、厚度、主要化学成分、碳当量(Ceq)

与冷裂纹敏感指数(Pcm)、实际的力学性能(屈服强度、抗拉强度、延伸率、低温冲击韧性、

维氏硬度等)

b)焊接接头型式设计包括坡口形式、坡口角度、钝边尺寸、组对间隙范围、是否使用

背面衬垫等，提供详细的接头形式图

c)焊接方法结合风电塔架主体结构现场制造焊接特点，高强钢焊接适应性适用埋弧

自动焊(SAW)和熔化极气体保护药芯焊丝半自动焊(FCAW-G)两种焊接方法

d)焊接材料包括气体保护实心焊丝(用于埋弧焊前的打底焊)、埋弧焊丝、焊剂、气体

保护药芯焊丝、保护气体等，并提供所选择的焊接材料的型号(AWS或GB标准型号分类)、

牌号(厂家和商标)、规格

e)焊接位置与焊接方向结合风电塔架主体结构现场制造焊接特点，焊接位置包括平

焊、横焊和立焊，立焊位置的焊接方向包括上向焊与下向焊，焊接位置与焊接方向的选择

需要明确

f)焊接环境包括环境温度、湿度和风速

g)电流种类与极性电流种类是指焊接电源的输出电流特征，包括直流和交流两种。

在直流输出特征情况下，包括焊丝直流正接(DCEP)和直流反接(DCEN)两种接线方式。电流

种类与极性的选择需要明确，并由业主或权威第三方审核批准；

h)焊接电源厂家与型号提供焊接电源厂家与型号，对于多功能焊接装备，明确具体

的焊接模式

7

i)焊接准备工作明确焊前坡口及其两侧清理方法和范围、焊前组对方法、拘束焊接

或自由焊接等

j)预热、后热与焊后热处理明确焊前预热温度、预热方法与预热温度监测方法，明确

是否采用后热与焊后热处理，如有，规定采用的后热与焊后热处理制度

k)道间清理规定详细的道间清理方法与使用的工具，避免焊道夹渣缺陷，保证后续

焊道均匀成型

l)焊接工艺参数结合风电塔架主体结构现场制造焊接特点，明确焊接电流、焊接电

压、焊接速度、焊接热输入范围、保护气体流量等

6.7焊接工艺实施过程参照GB50661：钢结构焊接规范，由于本标准侧重于结构钢材料焊

接适应性评价，而非具体的结构件制造焊接，在满足试验目的的前提下，GB50661相关条

款均不作为本标准中的强制选项。

6.8具体的PWPS和WPS参考格式见附件1。

7对接接头外观检查与无损检验

7.1针对完成对接焊接的高强钢焊板，进行外观检查，除了标记咬边、表面气孔、不均匀

尖锐焊道等可能存在的焊接缺陷以外，至少随机记录5组不同位置焊缝余高和宽度数据。

7.2针对完成外观检查的对接焊接的高强钢焊板，按照ISO17640标准要求进行超声波无

损检验(UT)，并进行横向扫查，对发现的除焊接裂纹以外的内部超标缺陷进行标记，以便

在后续取样时避开焊接缺陷。

7.3如果发现各种形式的焊接裂纹，需要对裂纹试样进行解剖与分析，明确产生焊接裂纹

的种类和原因，形成分析报告与解决方案，并报业主和第三方知晓。同时，有针对性调整

焊接工艺指导书后重新进行焊接与检验，直至没有焊接裂纹缺陷为止。

8对接接头力学性能评价

针对完成外观检查与超声波无损检验的高强钢对接接头，进行力学性能评价试验。图

1所示为对接接头常规力学性能试样取样位置。对于焊接接头CTOD断裂韧性和疲劳试样，

由于所需试样数量较多，需要单独准备一副焊板，去除两端各25mm长度的焊接不均匀区

域后，可以在任意位置取样。

8

1.焊板两端去除25mm；

2.焊接方向；

3.拉伸试样、弯曲试

样；

4.冲击试样；

5.拉伸试样、弯曲试

样；

6.金相试样、硬度试样

图1对接接头常规力学性能试样取样位置

力学性能评价项目与试验数量如表1所示。推荐采用机械冷加工方法取样，如果采用

热加工方法取样，则需要去除热影响区至少3mm。取样时，根据前期外观检查与无损检验

结果，避开超标焊接缺陷区域。如果焊后试板出现较大的角变形，对于拉伸、弯曲、疲劳

S-N曲线试验试样，可以进行冷矫直。然而，对于冲击和CTOD断裂韧性试样，不允许进行

冷矫直。

表1高强钢对接接头力学性能评价项目与试验数量

拉弯曲(个)

冲击

厚度伸宏观金维氏硬CTOD(2)S-N曲线

(1)

(mm)(个面弯背弯侧弯相(个)度(个)(个)(3)(组)

(个)

)

<20222/61161

≥202//461161

备注：

(1)接头冲击试验位置包括焊缝金属和HAZ，每个位置3个试样；

(2)CTOD断裂韧性试验位置包括焊缝金属和HAZ，每个位置3个有效试样；

9

(3)采用保留焊缝余高的试样完成不同应力水平高周疲劳试验，仅统计失效试样疲

劳数据拟合固定斜率的S-N曲线，并在此基础上提取疲劳强度特征值作为焊接接头

疲劳性能评价依据。

8.1接头拉伸试验

8.1.1焊接接头拉伸试样需要垂直于焊缝长度方向取样，试样型式为中心带有标距试验段

的板状试样，试样尺寸可以参考GB/T228.1，也可以使用业主和第三方认可的非标尺寸，

但优先采用全厚度试样进行试验。

8.1.2焊缝余高采用机械加工方法去除，使之与两侧母材平齐，不能留有明显的沟槽和锯

痕。

8.1.3严格按照GB/T228.1规定的方法，应用经过有效校准的拉伸试验机加载，直至试

样被拉断，记录试样断裂时抗拉强度和断裂位置。

8.1.4拉伸试验验收合格的标准为：

a)对于同质高强钢焊接接头，无论在什么位置断裂，抗拉强度不低于GB/T1591或其

他同类标准对应钢级的规定最低抗拉强度值

b)对于不同强度级别异质焊接接头，无论在什么位置断裂，抗拉强度不低于GB/T1591

或其他同类标准对应两种钢级的规定最低抗拉强度较小值

c)对于因为焊接缺陷、试验过程异常等与材料本身不相关的因素造成的焊接接头抗拉

强度不合格，允许在焊板相同位置取样进行复验。对于排除上述影响因素的焊接接头抗拉

强度不合格，不允许进行复验。

8.2接头弯曲试验

8.2.1焊接接头横向弯曲试样需要垂直于焊缝长度方向取样，试样型式为矩形板状试样，

试样尺寸可以参考GB/T2653，也可以使用业主和第三方认可的非标尺寸，但均为全厚度

试样。

8.2.2根据板材厚度的不同，分别采用面弯+背弯、侧弯的试验型式。

8.2.3焊缝余高采用机械加工方法去除，使之与两侧母材平齐，受拉面不能留有与拉伸载

荷垂直的明显的沟槽、锯痕和划伤。

8.2.4严格按照GB/T2653规定的方法进行弯曲加载试验，综合评价焊接接头完整性和塑

性。

10

8.2.5焊缝中心应位于弯心轴线位置，弯心直径d=4T。这里，T表示弯曲试样厚度(mm)。

弯曲角度ɑ=180°。

8.2.6弯曲试验验收合格的标准为：

a)接头横向弯曲试样达到规定角度后，受拉面的焊缝和HAZ内部任何方向的单道开裂

长度不超过3mm

b)接头横向弯曲试样达到规定角度后，受拉面的焊缝和HAZ边缘任何方向的单道开裂

长度不超过6mm

8.2.7对于因为焊接缺陷、试验过程异常等与材料本身不相关的因素造成的焊接接头弯曲

性能不合格，允许在焊板相同位置取样进行复验。对于排除上述影响因素的接头弯曲性能

不合格，不允许进行复验。

8.3接头冲击韧性试验

8.3.1焊接接头低温冲击韧性试样需要垂直于焊缝长度方向取样，即：试样的纵轴线垂直

于焊缝轴线，并优先采用10*10*55mm的全尺寸试样。

8.3.2取样位置为表面以下1~2mm，并通过采用截面酸蚀的方法确定缺口刻槽位置，缺口

轴向应垂直于母材表面。

8.3.3接头冲击韧性试样缺口位置包括焊缝金属和HAZ，这里，根据焊接方法和焊接热输

入的不同，HAZ应位于熔合线外侧0.5~2mm，并尽可能多的位于肉眼可见焊接热影响区。

其中：熔合线定义为：位于焊缝金属和母材中间，应包含50%焊缝金属和50%母材，如图2

所示。

8.3.4严格按照GB/T229规定的方法，应用经过有效校准的冲击试验机进行接头冲击韧

性试验，试验温度不高于对应母材标准规定的冲击试验温度，记录冲击吸收功。

8.3.5冲击韧性试验验收合格的标准为：在试验温度下，每个试验位置一组三个试样冲击

吸收功平均值不低于表2对应的规定值，最多允许其中一个试样冲击吸收功低于该规定值，

但不能低于规定值的70%。

8.3.6对于因为焊接缺陷、试验过程异常等与材料本身不相关的因素造成的焊接接头冲击

韧性不合格，允许在焊板相同位置取样进行复验。对于排除上述影响因素的焊接接头冲击

韧性不合格，不允许进行复验。

11

图2焊接熔合线示意图

表2钢材焊接接头冲击吸收功最低允许值

钢材组别规定最低抗拉强度Rm(MPa)冲击吸收功均值KV2(J)

1≤450≥20

2450~510≥27

3510~570≥31

4570~630≥34

5630~690≥38

8.4宏观金相与维氏硬度试验

8.4.1宏观金相试样应包含焊缝金属、热影响区(HAZ)和未受焊接热影响的母材。将试样

一侧进行研磨、抛光、腐蚀，能够清晰的显示出熔合线、HAZ和各层焊道轮廓。

8.4.2宏观金相验收标准依据ISO15614§7.5。

8.4.3应用上述宏观金相检查试样进行维氏硬度HV10测试。在试样上下表面以下1.5mm

各测一排维氏硬度值，压痕应包括焊缝金属、HAZ和母材。图3所示为焊接接头试样维氏

硬度压痕图。

8.4.4焊接接头各个区域维氏硬度不能超过350HV10。

图3焊接接头试样维氏硬度压痕图

8.5接头CTOD断裂韧性试验

12

8.5.1焊接接头CTOD断裂韧性试验采用单侧缺口弯曲(SENB)试样，需要垂直于焊缝长度

方向取样。

8.5.2试样截面尺寸为B*2B或B*B，B表示试样厚度，优先选择B=t，t表示母材厚度。

8.5.3通过采用截面酸蚀的方法确定电火花线切割缺口刻槽位置，缺口轴向应垂直于母材

表面，即ISO12135和ISO15653标准所述NP方向。如图4所示。

N:垂直于焊接方向；P:平行于焊接方向

图4焊接接头断裂韧性试样缺口平面取向代码

8.5.4焊接接头CTOD断裂韧性试样缺口位置包括焊缝金属和HAZ。这里，根据焊接方法和

焊接热输入的不同，HAZ应位于熔合线外侧0.5~2mm，并尽可能多的位于肉眼可见焊接热

影响区。其中：熔合线定义为：位于焊缝金属和母材中间，应包含50%焊缝金属和50%母

材，如图2所示。

8.5.5针对加工完成的SENB试样，根据ISO12135或GB/T21143标准要求依次完成预制

疲劳裂纹、三点弯曲加载压断与过程数据采集、疲劳裂纹尺寸测量、有效性判定、CTOD特

征值计算。其中，涉及到焊接接头断裂韧性测试的相关要求遵循ISO15653或GB/T28896

标准要求。

8.5.6试验温度不高于对应母材标准规定的冲击试验温度。

8.5.7焊接接头CTOD断裂韧性试验评价报告应包含以下内容：

a)试样种类描述试样类型、裂纹面取向、试验位置、试样厚度、试样宽度、初始裂纹

长度等

b)材料描述材料强度级别、厚度、供货状态、化学成分特征、焊接工艺特征、预制疲

劳裂纹温度下材料拉伸性能、三点弯曲加载试验温度下材料拉伸性能

c)预制疲劳裂纹条件预制疲劳裂纹控制参数、加载力Ff和应力强度因子Kf、温度，

是否进行预制疲劳裂纹前的试样局部压缩或反向弯曲处理

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d)试验条件试验温度与降温方式、位移控制类型、加载速率

e)试验过程与结果数据三点弯曲加载过程力—位移(F-V)曲线、非稳态脆性断裂或达

到最大力平台时最大力Fm和引伸计监测的裂纹嘴张开位移(CMOD)值Vp、九点法疲劳裂纹长

度测量值、CTOD特征值及其类型、断口宏观图、基于预制疲劳裂纹尺寸和方向的有效性判

定等

8.5.8根据重要工程结构焊接接头断裂韧性要求，试验温度下CTOD特征值不应低于0.2mm。

如果焊接接头CTOD特征值偏低，需要由专业机构结合风电塔架现场服役状态开展工程临

界评估(ECA)，以确定焊接接头最大允许缺陷尺寸及结构安全性。

8.5.9对于因为焊接缺陷、试验过程异常等与材料本身不相关的因素造成的CTOD特征值

偏低，允许在焊板相同位置取样进行复验。对于排除上述影响因素的焊接接头CTOD断裂

韧性不合格现象，不允许进行复验。

8.5.10焊接接头CTOD断裂韧性作为业主、设计方和主机供应商选择结构钢材料和评判材

料供应商综合能力的重要依据。根据具体项目设计要求，业主和主机供应商有权决定焊接

接头断裂韧性试验的必要性、试验种类和频次。

8.5.11根据项目设计需要，针对焊接接头断裂韧性指标，业主和主机供应商有权要求开

展KⅠc或J积分测试，或者按照相关标准要求由CTOD特征值转换为KⅠc或J积分。

8.6接头疲劳S-N曲线试验

8.6.1对于基于疲劳设计的风电塔架筒体用高强钢，需要针对SAW双面自动焊接的接头进

行不同应力水平高周疲劳试验，通过拟合疲劳S-N曲线并提取疲劳强度特征值，评估高强

钢焊接接头实际疲劳等级，以此作为基于疲劳设计场合的重要选材依据。

8.6.2考虑到焊接接头疲劳试验结果影响因素众多以及由此导致的固有的数据离散性，为

了使实际的接头疲劳S-N曲线更加符合统计学特征，并对高强风塔结构设计具有直接的指

导作用，采用三个不同应力范围值(Δσ)完成焊接接头疲劳试验，每个应力范围值(Δσ)

得到5个有效试验数据，累计得到15个有效试验数据，并据此拟合S-N曲线。

8.6.3焊接接头疲劳性能评价适用场景与试样型式设计

a)适用场景：空气环境下结构钢对接接头S-N曲线试验与评价

b)潜在应用与评价对象：风电塔筒环焊接头

c)试样在母材上的位置：对接接头疲劳试样为母材横向，模拟风塔环焊接头位置

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d)试样形状与公称尺寸：带中心平行试验段的板状试样，可选试样型式如图5(a),(b)

所示，试样厚度为25mm。业主和主机供应商有权决定具体采用的试样型式

e)试样表面状态：保留焊缝余高与钢材轧制表面，并保证两截面加工精度。焊缝余高

不超过焊缝宽度的10%

f)焊缝两侧错边量小于2mm，试样整体角变形小于5°

8.6.4针对焊接接头疲劳S-N曲线试验要求规定如下：

a)试验遵循标准：GB/T3075或ISO1099

b)数据处理参考标准：IIW-2259-15与DNV-RP-C203

c)利用经过有效校准的液压伺服疲劳试验机或高频疲劳试验机，进行轴向拉伸加载疲

劳试验，平均力示值相对误差的最大允许值为±1%，力波动度0.5%F·S

d)考虑到小尺寸试样焊接残余应力小于实际焊接结构件及其对疲劳测试结果的影响，

应力比R=0.5，同轴度小于5%

e)试验温度为室温，无需试样加热。环境湿度为不超过50%RH。同时，利用红外测温

仪随机监测试验过程中试样温度，如果因为循环交变加载引起试验过程中试样温度超过室

温5℃以上，则需要采取局部吹冷风等降温措施

f)为了消除疲劳试验过程中由于疲劳试样宏观形状因素导致的应力升高效应对测得

的名义应力的影响，包括但不仅限于接头错边、试样角变形等，使用应变片采集并修正名

义应力。应变片需要放置在试样正反两面的焊缝两侧缺口应力集中区域以外。根据实际的

焊接工艺方法及其造成的焊缝应力集中区域范围与应力梯度，应变片应位于平行试验段，

且距离焊趾位置不小于试样厚度

g)对于每个应力范围值(Δσ)的首个疲劳试样，使用应变片采集并修正名义应力，同

时得到修正系数。对于同一应力范围值(Δσ)的剩余4个疲劳试样，不再重复使用应变片

监测，直接利用前述修正系数进行名义应力修正

h)试验结束判据：当疲劳试样出现裂纹失效、或者循环次数达到2×106次，停止试验

i)试验结果有效性判定要求：(a)检查失效疲劳试样断裂位置。如果从焊趾位置开裂，

认为试验结果有效。如果从焊趾以外的其他位置断裂，包括但不仅限于焊缝中心、母材金

属、夹持部位等，认为试验结果无效，重新取样进行试验；(b)每个应力范围(Δσ)的疲

劳循环次数位于5×104~2×106次。否则，认为试验结果无效，需要适当升高或降低应力范

围值(Δσ)，重新进行试验

j)疲劳试验数据统计分析参照IIW-2259与DNV-RP-C203标准要求，固定斜率m=3，考

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虑试验数量对应的特征值k以及标准偏差，拟合得到存活率为97.7%、双侧置信度为75%

的试验S-N曲线。如图6所示

k)从试验S-N曲线中提取对应疲劳循环次数N=2×106次的应力范围值Δσ，作为实

际测试对接接头疲劳强度特征值，记作FAT，如图6所示

l)横向比较普碳钢与高强钢焊接接头实测疲劳强度特征值FAT，并分别与IIW2259标

准FAT90或DNV-RP-C203标准D级S-N曲线疲劳强度水平进行对比，综合评估高强钢焊接

接头疲劳性能

(a)可选试样型式1

(b)可选试样型式2

图5典型焊接接头疲劳试样型式与尺寸

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图6高存活率/高置信度S-N曲线与疲劳强度特征值FAT示意图

9构成重新评价的重要变量

9.1本标准基于风电塔架筒体和门框现场制造条件进行高强钢焊接适应性评价，为业主和

设计方选材提供重要依据和指导。对于特定材料和工艺组合条件下完成的焊接适应性评价

结果，当以下重要变量发生改变时，需要重新进行评价。构成重新评价的重要变量如下：

a)不同的钢材生产制造体系(供应商)对于同一钢材供应商的不同生产制造基地和产

线，如果有足够的证据和数据证明其同种材料具有均匀一致的焊接适应性，不构成重新评

价的重要变量

b)同一钢材生产制造体系内不同的钢材实际抗拉强度范围包括五个强度范围分组：

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

度极限设计的风电塔架筒体与门框用高强钢，高强度分组的评价结果可以覆盖低强度分组

c)同一钢材生产制造体系内具有相同的实际抗拉强度范围的钢材，不同的供货状态

(包括但不仅限于正火、正火轧制、TMCP、调质处理等)与母材组织类型(包括但不仅限于铁

素体、铁素体+珠光体、铁素体+贝氏体贝氏体等)

d)供货钢板Ceq值超过焊接适应性评价所用钢板Ceq值0.02

e)供货钢板Pcm值超过焊接适应性评价所用钢板Pcm值0.01

f)供货钢板碳含量超过焊接适应性评价所用钢板碳含量0.05%

g)不同的焊接材料种类、型号与生产制造体系(供应商)

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h)焊接接头形式从双面焊变更为单面焊，反之亦然；从背面添加衬垫强制成型变更

为单面焊双面自由成型，反之亦然；

i)焊接方法不同的焊接方法均构成重新评价的重要变量

9.2针对应用于抗疲劳设计场合的风电塔架筒体结构高强钢，构成重新评价的重要变量还

包括以下对焊接接头疲劳性能有重要影响的因素：

a)同一钢材生产制造体系内不同的钢材实际抗拉强度范围包括五个强度范围分组：

≤450MPa、450~510MPa、510~570MPa、570~630MPa、630~690MPa，且不适用强度覆盖规则

b)盖面焊缝由单道焊变更为多道焊，反之亦然

c)焊缝余高大于焊缝宽度的10%

d)对接接头错边量大于钢板壁厚的10%，或大于3mm

e)对接接头角变形大于3°

9.3钢板壁厚对焊接适应性具有一定的影响：

a)对于基于屈服强度极限设计的风电塔架筒体与门框用高强钢，厚规格评价结果可以

覆盖薄规格

b)对于基于疲劳设计的风电塔架筒体用高强钢，综合考虑厚度因素对接头疲劳行为的

影响以及常用疲劳试验机吨位，可以应用20~25mm壁厚高强钢进行焊接适应性与接头疲劳

性能评价，并按照IIW-2259-15标准要求对疲劳数据进行厚度修正。

9.4同一项目的不同的供货批次不作为重新评价的变量。

9.5当上述构成重新评价的重要变量以外的其他因素发生变更时，需要对已有焊接适应性

评价报告做出解释和说明，在征得业主和权威第三方同意后，可以不进行重新评价。

9.6在结构钢材料焊接适应性评价选材阶段，业主和主机供应商拥有对构成重新评价重要

变量以及评价频次的最终决定权，所有评价结果作为材料供应商优劣比选的重要依据。

10焊接适应性评价报告

风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性评价报告应包含以下内容：

a)母材与焊接材料质量证明书。同时，为了证明所匹配的焊接材料的稳定性，焊材供

应商需要提供相同领域使用证明和必要的评价数据、报告；

b)焊接工艺过程记录与焊接工艺规程(WPS)；

c)焊接操作人员资质证明；

d)常规力学性能报告(拉伸、冲击、弯曲、宏观金相、维氏硬度)；

e)接头CTOD断裂韧性报告

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f)接头疲劳评价报告(包括试样尺寸、温度监测数据、偏心量测量数据、有效性记录、

无效试样记录与说明、拟合S-N曲线与疲劳强度特征值FAT提取、典型试样疲劳断口图、

高强钢焊接接头疲劳性能评价结论等)；

g)检测试验室CNAS资质证明；

h)所有检测设备有效计量报告；

i)整体评价结论。

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附录A

（资料性）

PWPS和WPS格式

单位名称：

适用范围：

焊接工艺指导书(PWPS)或焊接工艺规程(WPS)编号：

焊接方法组合：日期：

母材金属：焊接材料：

母材1钢级：厚度(mm)：焊材种类：

母材2钢级：厚度(mm)：焊材执行标准：