《风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性评价方法》编制说明

风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性

评价方法

编制说明

《风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性评价方法》编制组

2024年1月

1任务来源

根据中国国际科技促进会标准化工作委员会《关于<风电塔架主体

结构用高强钢焊接适应性评价方法>团体标准予以立项的通知》〔2023〕

中科促标字841号，由中国宝武中央研究院牵头，金风科技等单位共

同制定《风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性评价方法》(以简称“评

价方法”)，完成年限为2024年。

2编制目的和意义

在当前“双碳”战略背景下，作为清洁能源的风力发电高速发展。

为了持续提高风电装机容量，降低制造和运行成本，风电机组也不断

地向大型化和定制化方向发展，风塔整体服役安全与降本对风电项目

投资与竞争力提升至关重要。

目前，风塔领域主要依据EN1993、DNV-RP-C203等国际标准进

行疲劳服役场景的结构设计，并选用Q355系列低强度普碳钢材料，疲

劳强度设计值依照上述标准中基于焊接接头型式、焊接质量与焊缝几

何特征的系列S-N曲线进行选取，不考虑结构钢材料与焊接接头强度

的提升带来的接头疲劳性能的潜在提升行为，这主要与上述国际标准

形成的年代钢铁材料冶金与产品制造焊接水平相对较低有关系。随着

冶金技术的发展与制造水平的不断提升，越来越多的研究表明：当结

构完整的对接接头静态屈服强度提高后，疲劳强度可以实现有条件提

升。这就为基于疲劳设计的风塔筒体结构应用高强钢并实现轻量化减

重成为可能，并将带来整体设计和制造成本的降低与经济效益的提升。

然而，当前的主流设计标准制约了基于疲劳设计的风塔高强轻量化减

重的可行性，亟待结合当前行业技术进步推出新的标准体系。

同时，即使再基于屈服强度极限设计场景下，由于国内结构钢材

料供应商众多，制造水平和质量控制能力差异性较大，并可能由此造

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成焊接缺陷与接头性能的弱化，为风塔制造与安全服役带来巨大隐患。

再者，当前业内各个风塔制造厂家硬件能力、质量控制水平等软实力

也存在很大差别，结构钢材料本身焊接适应性的差异会在制造现场放

大，增加了焊接制造过程和接头服役过程失效风险。鉴于此，同样有

必要推进标准化工作，在风塔结构钢选材阶段开展高强钢焊接适应性

评价，并以此作为业主选择供应商的重要依据。

然而，当前业内尚没有针对风塔结构钢材料供应商筛选阶段焊接

适应性评价、考虑母材自身屈服强度影响的焊接接头疲劳性能系统评

价的相关标准，根据当前技术飞速进步与行业高质量发展需求，有必

要在风电塔架主体结构用高强钢焊接适应性评价领域开展标准化工作。

3国内外情况简要说明

本项目拟形成的标准侧重于风电塔架主体结构用高强钢焊接适应

性评价方法，属于行业内首次尝试，目前尚无高度相关的国际标准。

但是，其中涉及到高强钢焊接接头疲劳性能评价并将实际的疲劳强度

特征值应用于结构设计指导，与当前行业内常用的EN1993、

DNV-RP-C203等国际标准采用固定分级的S-N曲线与疲劳强度特征值

进行设计的做法有很大差异，能够反映使用高强钢替代普碳钢以后焊

接接头实际疲劳强度提升的事实，体现出冶金与制造技术的进步对焊

接接头疲劳行为的优化作用。然而，国际标准的制定和实施具有深刻

的时代特征、地域特征和行业发展特征，以EN1993、DNV-RP-C203

等国际标准的起源地欧洲为例，其风电装备的发展速度、技术更新需

求和降低成本的迫切性均不高，更多的是维持现状。不仅风电领域如

此，很多重要工业领域都具有类似特征，特别是各种重型装备制造业，

我国均已经走在了从跟随到引领的路上。

在国内，已经形成的与风电塔架领域相关的标准主要如下：

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GB/T1591低合金高强度结构钢

GB/T28410风力发电塔用结构钢板

GB/T19072风力发电机组塔架

JB/T11218风力发电塔架法兰锻件

NB/T47014承压设备焊接工艺评定

NB/T47015压力容器焊接规程

然而，上述标准在实际应用过程中具有一定的局限性，主要表现

在：

(1)相关标准对材料、制造过程等技术细节限定范围过于宽泛，

从而造成了实际供货和制造过程中质量稳定性隐患；

(2)相关标准均没有考虑材料本身焊接适应性，特别是在与风塔

制造现场一致的焊接工艺条件下的焊接适应性；

(3)为了满足绝大多数厂家技术水平，相关标准对技术细节的规

定不够详细，没有进行质量与安全关键影响因素的细分，从而导致在

操作过程中可以有很多选项，不能反映本领域差异化技术要求。

可见，国内外均没有在风塔材料筛选阶段完整的标准评价体系，当

前标准不能从根本上反映行业特征与差异化需求，亟待推出新的标准体

系，从产业链最前端的结构钢材料与供应商筛选阶段，进行与质量和安

全高度相关的技术约束和限制，从而促进行业平稳健康与高质量发展。

4编制原则

（1）遵循标准化编制的“四性”要求

①贯彻执行国家现行有关法律法规以及国家和行业现行有关技

术标准的规定。

②本规程编制过程中应该严格遵循标准化编制的“四性”要求，即

技术上的先进性和科学性、与国家法律法规和相关标准的协调性、标

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准发布实施上的可操作性。

（2）严格执行国家的法律、法规和方针、政策

本标准编制过程中应该严格贯彻执行国家的有关法律、法规和方

针、政策，研究现行相关标准，密切结合风电塔架主体结构对高强钢

焊接适应性的技术要求，在与塔架制造焊接工艺一致的条件下，推出

系列评价措施，坚持做到简洁高效、安全可靠。

（3）科学合理性

本标准编制遵循“科学、适度、可行”原则，通过长期开展基于风

塔制造和服役条件的高强钢焊接与接头动载疲劳性能系统评价，在大

量可靠数据和实践经验积累的基础上，通过揭示质量完整的高强钢对

接接头疲劳性能随母材屈服强度提高而有条件提升的客观规律，突破

现有国际标准不区分钢材强度等级而采用固定分级的焊接接头系列

S-N曲线进行设计的方法，为高强钢在基于疲劳设计的风塔中的应用

与轻量化减重提供科学依据，为行业内材料选择的规范性与制造质量

的稳定性提供了可靠保障，为风塔产品制造端与服役过程中质量问题

与失效分析提供了诊断方向和依据，促进了本领域技术进步。本标准

不仅具有重要的工程实践价值和学术意义，还具有广阔的推广应用前

景。

（4）可操作性和实用性

充分考虑编制本规程的目的和必要性，结合近年来风电装备领域

发展趋势与需求，特别是高强钢在风塔结构中的持续推广应用，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，具有较强的可操作性和实用性。

（5）技术条款的规范性

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体例格式按照《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构

和起草规则》GB/T1.1—2020的要求进行编制。做到格式规范，逻辑

严谨，结构清晰。充分发扬民主，通过召开数次技术评审会，听取来

自产业链上下游不同领域专家的意见和建议，持续进行修改完善。通

过行业内共同协商，确保标准条款具有广泛的代表性。通过系统调研

与比对，做好与现行相关标准之间的协调，避免重复或矛盾。

标准的编写符合统一的规定，内容编排上符合先共性、后个性的

原则，做到内容完整、具体，用词简明，规定明确，不模棱两可。工

作分工协作、落实责任，即严格控制进度计划、又确保质量。

5编制过程

（1）启动阶段

2023年1月，由中国宝武中央研究院牵头组建了规程编制工

作组，牵头单位组织召开工作组启动会议，制定本规程的工作计划及

人员组成和分工等方案。

（2）调研阶段

2023年1月～3月，编制组进行了行业发展调研、前期研究成

果整理归纳、产业链头部公司走访交流、高校与科研院所交流沟通，

并结合具体工程项目深入了解了高强钢在风塔制造过程中给面临

的问题和用户端的迫切需求，获取了第一手的重要资料与数据，为

本标准的编制奠定了技术基础。

（3）编制大纲

2023年4月～6月，编制组结合前期调研走访、工程项目经验与

实践，针对高强钢在风塔制造焊接过程中出现的问题以及用户端最迫

切的诉求，完成了编制大纲。

（4）初稿编制

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2023年7月～9月，编制组经过多次研究和讨论，充分听取各单

位的意见并研究相关资料，对编制大纲进行了修改完善，形成正式编

制大纲，提请标委会审查，同时形成标准初稿。

（5）咨询稿编制

2023年10月~2024年1月，编制组开展了大量的现场试验数

据整合、市场端问题收集与整理，在《风电塔架主体结构用高强钢

焊接适应性评价方法》（初稿）基础上，进一步优化和提升了相关

技术条款，系统完善了标准内容，形成了《风电塔架主体结构用高

强钢焊接适应性评价方法》（咨询稿）。

（6）征求意见稿编制

2024年1月18日，中国国际科技促进会组织有关专家对《风

电塔架主体结构用高强钢焊接适应性评价方法》（咨询稿）进行了技

术咨询。尔后，编制组根据专家意见和建议对相关条款的内容进行

了修改完善，于2024年1月28日完成了标准（征求意见稿）。

6主要内容

本规范共分10章，以及1个附录。主要有：

前  言

引  言

1范围

2规范性引用文件

3术语与定义

4代号和缩略语

5焊接工艺性能评价

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

7对接接头外观检查与无损检验