輸電鐵塔的組焊件制造工藝研究

摘 要：本文在簡單介紹輸電鐵塔用角鋼與直縫焊管和帶頸法蘭生產(chǎn)存在的問題基礎(chǔ)上，對(duì)輸電鐵塔組焊件制造進(jìn)行深入分析，為組焊件制造工藝的改進(jìn)和升級(jí)提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：輸電鐵塔；組焊件制造；焊接技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM754 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0134-02

如今，電網(wǎng)建設(shè)過程中用鋼量越來越大，尤其是輸電鐵塔，是輸電線路建設(shè)中用鋼量最大的部分。在這種情況下，對(duì)焊接技術(shù)就提出了很高的要求，焊接質(zhì)量直接決定鐵塔整體穩(wěn)定性，需要引起相關(guān)人員的高度重視。

1 輸電鐵塔組焊件生產(chǎn)問題

1.1 角 鋼

從標(biāo)準(zhǔn)角度講，角鋼的規(guī)格不齊全，以25#角鋼為例，其就缺少在鐵塔施工中最為常用的厚度為22mm的角鋼；從尺寸偏差角度講，對(duì)于大規(guī)格角鋼，其也有肢寬偏差相對(duì)較大的問題；從重量偏差和彎曲度角度講，難以滿足鐵塔施工要求。在規(guī)格上，從理論角度講，隨著規(guī)格的不斷增多，其經(jīng)濟(jì)性越好。然而，因市場需求并不大，使得多規(guī)格角鋼的購進(jìn)難度很大，無論是設(shè)計(jì)還是加工，都不能以大代小，使鐵塔重量明顯增加，同時(shí)也會(huì)造成浪費(fèi)。在質(zhì)量上，對(duì)于大規(guī)格角鋼和高強(qiáng)角鋼，其生產(chǎn)質(zhì)量有較大的波動(dòng)，體現(xiàn)在沖擊性和強(qiáng)度無法同時(shí)滿足要求等方面，而且也存在很大的離散度。另外，對(duì)大規(guī)格角鋼而言，其表面質(zhì)量相對(duì)較差，容易產(chǎn)生缺陷，如酸洗裂紋等，外形和彎曲度也很難達(dá)到要求[1]。

1.2 直縫焊管和帶頸法蘭

從標(biāo)準(zhǔn)角度講，現(xiàn)階段我國還沒有在輸電鐵塔領(lǐng)域?qū)Ｓ玫闹笨p焊管和帶頸法蘭標(biāo)準(zhǔn)，因鋼管塔實(shí)際受力情況、工程設(shè)計(jì)要求和實(shí)際運(yùn)行環(huán)境都和管線鋼、流體法蘭存在一定差別。為此，基于國家電網(wǎng)公司積極促進(jìn)，近年新頒布了相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鐵塔領(lǐng)域?qū)Ｓ玫穆菟?、焊管與法蘭都提出了明確的要求和規(guī)定。

對(duì)于直縫焊管，在Q345B鐵塔中使用的焊管，其質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，而超過Q420的焊管，其質(zhì)量有很大的波動(dòng)，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：各廠家、批次生產(chǎn)的鋼管，其強(qiáng)度存在很大波動(dòng)，而且沖擊功也十分分散；此外，盡管焊縫沖擊功可以達(dá)到要求，但和母材相比，仍有很大程度的降低。對(duì)強(qiáng)度較高的埋弧焊管，其材料的選擇與使用也較為混亂[2]。

對(duì)于帶頸法蘭，因法蘭使用的鋼坯現(xiàn)在主要按照GB進(jìn)行供貨，在不必要的情況下，廠家對(duì)于元素成分的生產(chǎn)控制有明顯自主權(quán)，尤其是強(qiáng)度較高的帶頸法蘭。此外，各批次的鋼坯，其在完成熱處理以后，性能將產(chǎn)生一定程度的變化，導(dǎo)致成品率有所降低。

2 輸電鐵塔組焊件制造

因超過∠20#的角鋼生產(chǎn)能力較弱，所以實(shí)際情況中，依然使用組合形式的角鋼塔，如雙拼形式與四拼形式等，這兩種角鋼組之間填板，其焊接質(zhì)量對(duì)鐵塔安全有直接影響。對(duì)鋼管塔而言，其焊接質(zhì)量要求極高，往往涉及眾多焊接技術(shù)，需要予以高度重視。

2.1 鋼管塔焊接接頭連接

鋼管和平板之間的法蘭連接采用剛性與柔性連接；鋼管和帶頸法蘭之間的連接采用對(duì)接焊與搭接焊；鋼管和鋼管之間采用K節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接[3]。不同的法蘭連接主要有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）帶頸對(duì)焊法蘭——內(nèi)直外坡：耗鋼量中等，法蘭加工較為簡單，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，效率較高，難度低，可檢出接頭內(nèi)部缺陷，有很高的檢出率，法蘭不容易發(fā)生變形；

（2）帶頸對(duì)焊法蘭——外直內(nèi)坡：耗鋼量中等，法蘭加工較為簡單，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，效率較高，難度低，可檢出接頭內(nèi)部缺陷，有較高的檢出率，法蘭不容易發(fā)生變形；

（3）帶頸對(duì)焊法蘭——內(nèi)外變坡：耗鋼量中等，法蘭加工較難，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，效率較高，難度低，僅可以進(jìn)行單側(cè)檢驗(yàn)，實(shí)際檢出率相對(duì)較低，法蘭不容易發(fā)生變形；

（4）搭接焊法蘭：耗鋼量中等，法蘭加工較為簡單，焊接可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，效率較高，難度低，無法檢驗(yàn)出內(nèi)部缺陷，法蘭不容易發(fā)生變形；

（5）平板加筋板剛性法蘭：耗鋼量較多，法蘭加工較為簡單，焊接工作量大，但難度低，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無法檢驗(yàn)出內(nèi)部缺陷，因焊接殘余應(yīng)力相對(duì)較大，所以容易發(fā)生變形；

（6）柔性法蘭：耗鋼量較少，法蘭加工較為簡單，焊接難度大，但效率高，內(nèi)部缺陷檢驗(yàn)困難，檢出率很低，法蘭容易產(chǎn)生較大的變形。

基于此，設(shè)計(jì)工作中應(yīng)按照以下順序選擇適宜的法蘭連接方法：優(yōu)先考慮帶頸對(duì)焊——內(nèi)直外坡；然后為平板加筋板剛性法蘭；再次為帶頸對(duì)焊法蘭——外直內(nèi)坡；最后為柔性法蘭。

2.2 鋼管塔焊接

國內(nèi)大多鐵塔生產(chǎn)企業(yè)都采用以下焊接方法：熔化極氣體保護(hù)焊、藥芯焊絲熔化極氣保焊、埋弧焊、手工電弧焊，或以上方法的組合。其中，手工電弧焊在焊縫定位焊中較為常用，塔廠的實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較少；熔化極氣體保護(hù)焊和藥芯焊絲熔化極氣保焊均屬于半自動(dòng)焊，在219mm以內(nèi)直縫焊管和帶頸法蘭及各類附件中較為常用；熔化極氣體保護(hù)焊與熔化極氣體保護(hù)焊和埋弧焊的組合焊屬于自動(dòng)焊，在219mm以上直縫焊管和帶頸法蘭中較為常用。

為有效提高加工效率，很多企業(yè)都開始引進(jìn)焊接施工自動(dòng)生產(chǎn)線。這一生產(chǎn)線由兩部分組成，分別為焊接施工線與法蘭裝配線。此外，為了使焊接、鋼管定長和坡口的加工達(dá)到更高的效率，還采用了眾多自動(dòng)化設(shè)備，如定長切割裝置、坡口加工裝置等，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況從熔化極氣體保護(hù)焊與熔化極氣體保護(hù)焊和埋弧焊組合焊接中選擇合適的方法。通常情況下，每條裝配線具有2～3條焊接線的生產(chǎn)能力，而裝配線與焊接線相結(jié)合的生產(chǎn)線，其生產(chǎn)能力相當(dāng)于10名左右的熟練焊工[4]。

2.3 鋼管塔構(gòu)件薄壁管對(duì)接焊縫檢驗(yàn)

在鋼管塔中，存在很多厚度在8mm在以內(nèi)的直縫焊管和法蘭對(duì)接焊形成的環(huán)形焊縫，實(shí)際生產(chǎn)過程中，需要對(duì)這一焊縫實(shí)施質(zhì)量檢驗(yàn)。

對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，通常使用超聲波檢測法或者是射線檢測方法?？紤]到射線檢測方法的成本很高，所以多數(shù)廠家都不具備進(jìn)行射線檢測的條件與能力，同時(shí)，超聲波檢測的技術(shù)規(guī)程還難以滿足薄壁管要求。因此，為了滿足實(shí)際的檢驗(yàn)要求，需要通過分析與試驗(yàn)，應(yīng)使用將爬波檢測作為核心，并輔以橫波檢測的新技術(shù)，并按照要求對(duì)其技術(shù)規(guī)范進(jìn)行編制和完善[5]。

相較于以往的橫波檢測，對(duì)爬波檢測而言，它主要有下列不同：

（1）能在單側(cè)檢測的情況下對(duì)焊縫截面實(shí)施準(zhǔn)確檢測；

（2）在掃查方式方面，以周向直線掃查為主，不再采用非鋸齒型掃查；

（3）配置有專門的對(duì)比試塊與爬波探頭。

通過射線檢測與對(duì)比發(fā)現(xiàn)，爬波檢測可以滿足實(shí)際要求，不僅簡單快捷，而且高效實(shí)用，能適應(yīng)多種不同的儀器設(shè)備，可對(duì)直縫焊管和法蘭對(duì)接焊形成的環(huán)形焊縫進(jìn)行檢測。就目前來看，該方法已在我國廣泛應(yīng)用，能滿足輸電線路鋼管塔實(shí)際檢測要求。

3 結(jié) 論

（1）在輸電鐵塔中使用的角鋼，在材質(zhì)方面，以Q420B和Q345B，而在型號(hào)方面，以20#以下的角鋼，相對(duì)穩(wěn)定。其它在質(zhì)量穩(wěn)定性方面有很大的提升空間。

（2）在輸電鐵塔中使用的直縫焊管與帶頸法蘭，Q420級(jí)以上的質(zhì)量往往不穩(wěn)定，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：性能波動(dòng)、力學(xué)性能和母材相比有很大程度的降低、成品率相對(duì)較低。

（3）通過對(duì)不同法蘭方式的分析與對(duì)比，設(shè)計(jì)工作中應(yīng)按照以下順序選擇適宜的法蘭連接方法：優(yōu)先考慮帶頸對(duì)焊——內(nèi)直外坡；然后為平板加筋板剛性法蘭；再次為帶頸對(duì)焊法蘭——外直內(nèi)坡；最后為柔性法蘭。

（4）對(duì)鋼管塔焊接施工而言，其更加關(guān)注自動(dòng)焊接與高效焊接，同時(shí)還應(yīng)注重焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)，使用將爬波檢測作為核心，并輔以橫波檢測的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫質(zhì)量的準(zhǔn)確檢測。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-4-28

作者簡介：覃元雷（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事管理工作。