《高强钢风电塔筒非承载附属件焊接结构疲劳性能评价方法》编制说明

《高强钢风电塔筒非承载附属件焊接结构

疲劳性能评价方法》（征求意见稿）

编制说明

《高强钢风电塔筒非承载附属件焊接结构疲劳性能评价方法》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<高强钢风电塔

筒附属件焊接结构疲劳性能评价方法>团体标准予以立项的通知》

〔2023〕中科促标字842号，由中国宝武中央研究院牵头，金风科技

等单位共同制定《高强钢风电塔筒附属件焊接结构疲劳性能评价方法》，

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。

风电塔架结构除了筒体纵焊缝、筒体环焊缝、筒体与法兰异质环

焊缝、门框与筒体焊缝等全熔透承载焊接接头以外，出于检修、运营

维护等目的，筒体上还要以角接的方式焊接不同型式的非承载附属件，

附属件角焊缝在风塔服役过程中不承受正向载荷，仅起到连接和传递

载荷的作用。然而，附属件角焊缝的存在增加了整体结构传递载荷过

程中的应力集中，降低了整体结构的疲劳等级，这也是基于疲劳设计

的风塔需要重点考虑的问题。

当前业内基于疲劳设计的风塔结构，附属件疲劳强度一般采用

EN1993、IIW-2259-15或DNV-RP-C203等标准中规定的对应等级S-N

曲线与疲劳强度特征值，该特征值的选取仅与接头细节有关系，与材

料强度等级无关。随着冶金材料与焊接技术的进步，大量研究工作表

明：随着结构钢材料屈服强度的提高，无论全熔透对接接头，还是非

承载附属件角接结构，疲劳性能均可以实现有条件提升。鉴于此，亟

待形成新的标准体系，为基于疲劳设计的高强钢焊接结构应用提供指

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南。

然而，当前业内尚没有针对风电塔筒非承载附属件焊接结构疲劳

性能评价的方法，特别是针对轻量化减重与降低成本前景广阔的高强

钢风塔，无论出于材料和供应商选择目的，还是作为风塔结构设计的

参考，根据当前技术飞速进步与行业高质量发展需求，迫切需要开展

高强钢风电塔筒非承载附属件焊接结构疲劳性能评价相关的标准化工

作。

3国内外情况简要说明

本项目拟形成的标准侧重于高强钢风电塔筒附属件焊接结构疲劳

性能评价方法，在行业内属于首次尝试，目前尚无高度相关的国际标

准。其中，涉及到高强钢母材底板角接非承载附属件焊接接头疲劳性

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。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。此外，也未发

现其他国外标准涉及到高强钢非承载附属件焊接结构疲劳性能评价的

相关内容。

在国内，已经形成的与风电塔架领域相关的标准主要如下：

GB/T1591低合金高强度结构钢

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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。

同时，上述国内相关标准也未针对高强钢风电塔筒附属件焊接结

构疲劳性能评价作出专业论述，只要涉及结构疲劳设计场合，就照搬

采用EN1993、DNV-RP-C203等国际标准规定的固定分级S-N曲线与

疲劳强度特征值。在当今材料冶金制造技术、焊接技术飞速发展的背

景下，具有很大的局限性，不能反映母材底板强度的提高带来的非承

载附属件焊接结构疲劳性能的适当提升。

总之，国内外均没有在风塔材料筛选阶段针对非承载附属件焊接结

构疲劳性能形成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。

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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

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，深入结合风电塔架主体结构中非承载

附属件焊接结构特点与疲劳行为特征，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，行业内首次提出利用模拟高强

钢风塔附属件焊接结构疲劳性能评价高强钢母材焊接适应性与疲劳

服役安全性，在风塔结构设计和选材阶段先期掌握高强钢材料的系列

性能特征，从源头上为高强钢风塔设计与制造质量提供技术保障；基

于前期研究发现的非承载附属件结构疲劳性能随母材屈服强度有条

件提升的机制，在突破现有国际标准限制的基础上，行业内首次倡导

采用高强钢母材底板附属件焊接结构实际测试的S-N曲线以及疲劳

强度特征值进行高强风塔结构疲劳设计，为风塔结构高强轻量化减重

扫清了技术障碍，增加了高强风塔项目成本优化空间，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，促进了本领域技

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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风电

塔筒附属件焊接结构疲劳性能评价，为高强钢风电塔架现场制造焊接

过程的顺利实施以及后续服役安全提供技术保证，具有较强的可操作

性和实用性。

（5）技术条款的规范性

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标准编制工

作组，牵头单位组织召开工作组启动会议，制定本标准的工作计划及

人员组成和分工等方案。

（2）调研阶段

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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

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《高强钢风电塔筒非承载附属

件焊接结构疲劳性能评价方法》（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《高强钢风电塔

筒非承载附属件焊接结构疲劳性能评价方法》（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《高

强钢风电塔筒非承载附属件焊接结构疲劳性能评价方法》（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）。

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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模拟高强钢风塔非承载附属件焊接结构型式设计

6附属件结构的焊接

7附属件周向角焊缝外观检查与无