输电铁塔的组焊件制造工艺研究

2018-10-21覃元雷

大科技·D版 2018年7期

关键词：焊接技术

摘要：本文在简单介绍输电铁塔用角钢与直缝焊管和带颈法兰生产存在的问题基础上，对输电铁塔组焊件制造进行深入分析，为组焊件制造工艺的改进和升级提供参考借鉴。

关键词：输电铁塔；组焊件制造；焊接技术

中图分类号：TM754 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0134-02

如今，电网建设过程中用钢量越来越大，尤其是输电铁塔，是输电线路建设中用钢量最大的部分。在这种情况下，对焊接技术就提出了很高的要求，焊接质量直接决定铁塔整体稳定性，需要引起相关人员的高度重视。

1 输电铁塔组焊件生产问题

1.1 角钢

从标准角度讲，角钢的规格不齐全，以25#角钢为例，其就缺少在铁塔施工中最为常用的厚度为22mm的角钢；从尺寸偏差角度讲，对于大规格角钢，其也有肢宽偏差相对较大的问题；从重量偏差和弯曲度角度讲，难以满足铁塔施工要求。在规格上，从理论角度讲，随着规格的不断增多，其经济性越好。然而，因市场需求并不大，使得多规格角钢的购进难度很大，无论是设计还是加工，都不能以大代小，使铁塔重量明显增加，同时也会造成浪费。在质量上，对于大规格角钢和高强角钢，其生产质量有较大的波动，体现在冲击性和强度无法同时满足要求等方面，而且也存在很大的离散度。另外，对大规格角钢而言，其表面质量相对较差，容易产生缺陷，如酸洗裂纹等，外形和弯曲度也很难达到要求[1]。

1.2 直缝焊管和带颈法兰

从标准角度讲，现阶段我国还没有在输电铁塔领域专用的直缝焊管和带颈法兰标准，因钢管塔实际受力情况、工程设计要求和实际运行环境都和管线钢、流体法兰存在一定差别。为此，基于国家电网公司积极促进，近年新颁布了相关企业标准，对铁塔领域专用的螺栓、焊管与法兰都提出了明确的要求和规定。

对于直缝焊管，在Q345B铁塔中使用的焊管，其质量相对稳定，而超过Q420的焊管，其质量有很大的波动，体现在以下几个方面：各厂家、批次生产的钢管，其强度存在很大波动，而且冲击功也十分分散；此外，尽管焊缝冲击功可以达到要求，但和母材相比，仍有很大程度的降低。对强度较高的埋弧焊管，其材料的选择与使用也较为混乱[2]。

对于带颈法兰，因法兰使用的钢坯现在主要按照GB进行供货，在不必要的情况下，厂家对于元素成分的生产控制有明显自主权，尤其是强度较高的带颈法兰。此外，各批次的钢坯，其在完成热处理以后，性能将产生一定程度的变化，导致成品率有所降低。

2 输电铁塔组焊件制造

因超过∠20#的角钢生产能力较弱，所以实际情况中，依然使用组合形式的角钢塔，如双拼形式与四拼形式等，这两种角钢组之间填板，其焊接质量对铁塔安全有直接影响。对钢管塔而言，其焊接质量要求极高，往往涉及众多焊接技术，需要予以高度重视。

2.1 钢管塔焊接接头连接

钢管和平板之间的法兰连接采用刚性与柔性连接；钢管和带颈法兰之间的连接采用对接焊与搭接焊；钢管和钢管之间采用K节点进行连接[3]。不同的法兰连接主要有以下优缺点：

（1）带颈对焊法兰——内直外坡：耗钢量中等，法兰加工较为简单，可实现自动化，效率较高，难度低，可检出接头内部缺陷，有很高的检出率，法兰不容易发生变形；

（2）带颈对焊法兰——外直内坡：耗钢量中等，法兰加工较为简单，可实现自动化，效率较高，难度低，可检出接头内部缺陷，有较高的检出率，法兰不容易发生变形；

（3）带颈对焊法兰——内外变坡：耗钢量中等，法兰加工较难，可实现自动化，效率较高，难度低，仅可以进行单侧检验，实际检出率相对较低，法兰不容易发生变形；

（4）搭接焊法兰：耗钢量中等，法兰加工较为简单，焊接可实现自动化，效率较高，难度低，无法检验出内部缺陷，法兰不容易发生变形；

（5）平板加筋板刚性法兰：耗钢量较多，法兰加工较为简单，焊接工作量大，但难度低，不易实现自动化，无法检验出内部缺陷，因焊接残余应力相对较大，所以容易发生变形；

（6）柔性法兰：耗钢量较少，法兰加工较为简单，焊接难度大，但效率高，内部缺陷检验困难，检出率很低，法兰容易产生较大的變形。

基于此，设计工作中应按照以下顺序选择适宜的法兰连接方法：优先考虑带颈对焊——内直外坡；然后为平板加筋板刚性法兰；再次为带颈对焊法兰——外直内坡；最后为柔性法兰。

2.2 钢管塔焊接

国内大多铁塔生产企业都采用以下焊接方法：熔化极气体保护焊、药芯焊丝熔化极气保焊、埋弧焊、手工电弧焊，或以上方法的组合。其中，手工电弧焊在焊缝定位焊中较为常用，塔厂的实际应用相对较少；熔化极气体保护焊和药芯焊丝熔化极气保焊均属于半自动焊，在219mm以内直缝焊管和带颈法兰及各类附件中较为常用；熔化极气体保护焊与熔化极气体保护焊和埋弧焊的组合焊属于自动焊，在219mm以上直缝焊管和带颈法兰中较为常用。

为有效提高加工效率，很多企业都开始引进焊接施工自动生产线。这一生产线由两部分组成，分别为焊接施工线与法兰装配线。此外，为了使焊接、钢管定长和坡口的加工达到更高的效率，还采用了众多自动化设备，如定长切割装置、坡口加工装置等，根据生产的实际情况从熔化极气体保护焊与熔化极气体保护焊和埋弧焊组合焊接中选择合适的方法。通常情况下，每条装配线具有2～3条焊接线的生产能力，而装配线与焊接线相结合的生产线，其生产能力相当于10名左右的熟练焊工[4]。

2.3 钢管塔构件薄壁管对接焊缝检验

在钢管塔中，存在很多厚度在8mm在以内的直缝焊管和法兰对接焊形成的环形焊缝，实际生产过程中，需要对这一焊缝实施质量检验。

对焊缝内部质量进行检验，通常使用超声波检测法或者是射线检测方法。考虑到射线检测方法的成本很高，所以多数厂家都不具备进行射线检测的条件与能力，同时，超声波检测的技术规程还难以满足薄壁管要求。因此，为了满足实际的检验要求，需要通过分析与试验，应使用将爬波检测作为核心，并辅以横波检测的新技术，并按照要求对其技术规范进行编制和完善[5]。

相较于以往的横波检测，对爬波检测而言，它主要有下列不同：

（1）能在单侧检测的情况下对焊缝截面实施准确检测；

（2）在扫查方式方面，以周向直线扫查为主，不再采用非锯齿型扫查；

（3）配置有专门的对比试块与爬波探头。

通过射线检测与对比发现，爬波检测可以满足实际要求，不仅简单快捷，而且高效实用，能适应多种不同的仪器设备，可对直缝焊管和法兰对接焊形成的环形焊缝进行检测。就目前来看，该方法已在我国广泛应用，能满足输电线路钢管塔实际检测要求。

3 结论

（1）在输电铁塔中使用的角钢，在材质方面，以Q420B和Q345B，而在型号方面，以20#以下的角钢，相对稳定。其它在质量稳定性方面有很大的提升空间。

（2）在輸电铁塔中使用的直缝焊管与带颈法兰，Q420级以上的质量往往不稳定，体现在以下几个方面：性能波动、力学性能和母材相比有很大程度的降低、成品率相对较低。

（3）通过对不同法兰方式的分析与对比，设计工作中应按照以下顺序选择适宜的法兰连接方法：优先考虑带颈对焊——内直外坡；然后为平板加筋板刚性法兰；再次为带颈对焊法兰——外直内坡；最后为柔性法兰。

（4）对钢管塔焊接施工而言，其更加关注自动焊接与高效焊接，同时还应注重焊缝质量检验，使用将爬波检测作为核心，并辅以横波检测的新技术，实现对焊缝质量的准确检测。

参考文献

[1]王剑，王璋奇.输电铁塔双轴加速度传感器多目标优化布置[J].仪器仪表学报，2016，37（02）：277～285.