至德鋼業(yè)不銹鋼管塔在特高壓電網(wǎng)的應(yīng)用及焊接技術(shù)

 浙江至德鋼業(yè)有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)不銹鋼管廠家，公司鋼管產(chǎn)品主要用于各種電力工程，這次工程技術(shù)人員為大家介紹皖電東送工程當(dāng)中大量應(yīng)用的不銹鋼管塔這種類型的輸電塔基本組成以及高強(qiáng)鋼在建設(shè)當(dāng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀；最后總結(jié)了關(guān)于進(jìn)一步提高輸電塔穩(wěn)定性能、推廣應(yīng)用更高型號(hào)高強(qiáng)鋼的一些措施。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電需求量連續(xù)攀升，為了解決日益增長(zhǎng)的用電需求，國(guó)家正在進(jìn)行特高壓電網(wǎng)建設(shè)。建設(shè)當(dāng)中，一方面，受限于緊缺的土地資源；另一方面，考慮到輸電線路選取當(dāng)中周圍房屋設(shè)施拆遷等成本問題，使得新建的輸電線路必須向高容量、高電壓、緊湊型發(fā)展。故新建的輸電線路電壓等級(jí)多為750kV、800kV及1000kV。電網(wǎng)建設(shè)用鋼．主要包括輸電塔用直縫不銹鋼焊管、角鋼、帶勁法蘭等部件。其中我國(guó)第一條特高壓示范工程“皖電東送”工程，線路長(zhǎng)度長(zhǎng)，采用雙回路不銹鋼管塔，對(duì)于鋼材的用量可想而知，如此巨大的用鋼需求和較高的質(zhì)量要求。促進(jìn)了輸電塔生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展。一方面在用鋼種類上有了量的增加．另一方面對(duì)于各種新興鋼種的焊接技術(shù)提出了新的要求。

一、輸電鐵塔用鋼現(xiàn)狀

 前言當(dāng)中已經(jīng)分析，我國(guó)輸電線路建設(shè)具有大容量、大跨越、高電壓的特點(diǎn)。新輸電線路的建設(shè)當(dāng)中．隨著塔體本身的質(zhì)量不斷增加，鐵塔承受的載荷也越來越大。這種情況下若仍然采用原有的制塔工藝，無法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。最近幾年，新聞當(dāng)中不止一次報(bào)道出關(guān)于輸電塔質(zhì)量欠缺造成的種種事故．使得我國(guó)的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)蒙受了重大損失。這種形勢(shì)下，生產(chǎn)廠家需進(jìn)一步改善鐵塔制造工藝、尋求更為先進(jìn)的鐵塔生產(chǎn)方法。增加輸電鐵塔的強(qiáng)度、進(jìn)一步減輕塔身的重量．是輸電塔進(jìn)一步改進(jìn)的方向。這就需要從制塔的原材料人手。使用滿足要求的鋼種進(jìn)行生產(chǎn)。目前Q235、Q345熱軋鋼是應(yīng)用最為廣泛的兩種鋼型。在近幾年的鐵塔生產(chǎn)中，Q420、Q460等更高型號(hào)的鋼種也有所應(yīng)用．但是由于制造工藝、焊接工藝相對(duì)落后。采用高型號(hào)鋼種生產(chǎn)的輸電塔質(zhì)量還有較大的波動(dòng)。

 輸電塔的塔型與生產(chǎn)輸電塔原材料有著密切的關(guān)系．從用鋼的規(guī)格上看，過去主要以Q235、Q345規(guī)格的低合金角鋼為主。隨著大載荷、大跨越塔的生產(chǎn)投入，Q420、Q46O等更高型號(hào)的低合金高強(qiáng)鋼也應(yīng)用到輸電線路的建設(shè)當(dāng)中。不論是管塔還是角鋼塔，目前，我國(guó)的輸電線路用鋼多為低合金高強(qiáng)鋼。輸電塔當(dāng)中低合金高強(qiáng)鋼大規(guī)模的應(yīng)用，與低合金高強(qiáng)鋼的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)息息相關(guān)，一方面低合金高強(qiáng)鋼具有較好的塑性、韌性，另一方面強(qiáng)度較高．可以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求；但是正是由于低合金高強(qiáng)鋼的硬度較大，使得后續(xù)的熱加工當(dāng)中容易出現(xiàn)種種缺陷，如焊接裂紋，熱鍍鋅時(shí)出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象等。怎樣克服低合金高強(qiáng)鋼的這一弊端，已經(jīng)成為推廣應(yīng)用更高型號(hào)低合金高強(qiáng)鋼的關(guān)鍵。這就要從提高材料本身的焊接性以及相應(yīng)的焊接工藝出發(fā)。

 有學(xué)者認(rèn)為提高焊接性的措施有：控制含碳量、進(jìn)行固溶處理、添加穩(wěn)定劑改變焊縫組織狀態(tài)和快速冷卻。但矛盾的是，正是由于低合金高強(qiáng)鋼當(dāng)中合金元素的種類較多，導(dǎo)致了其碳當(dāng)量較大。使得材料的在實(shí)際使用當(dāng)中容易出現(xiàn)層狀撕裂等缺陷，焊接性變差。正是這些原因，制約了低合金高強(qiáng)鋼的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。對(duì)于輸電塔使用的金屬材料，主要要求焊后形成的焊接接頭強(qiáng)度和硬度要與母材接近．而且還要具有較好的塑性和韌性，防止焊后產(chǎn)生裂紋．層狀撕裂等缺陷。實(shí)際生產(chǎn)中，在能夠得到各方面力學(xué)性能都滿足要求的焊接接頭同時(shí)還需要考慮節(jié)約成本，減少不必要的勞動(dòng)等因素．這就需要尋求一種操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率較高，焊接材料較為通用的焊接方法，目前在成產(chǎn)當(dāng)中應(yīng)用較多的主要有氣體保護(hù)焊接和埋弧焊等。

二、管塔的主要部件及其焊接

  1. 直縫不銹鋼焊管

  直縫不銹鋼焊管是管塔的一部分，在當(dāng)中主要起到了受力的作用，該部分主要的材質(zhì)是Q345B。在近幾年的生產(chǎn)當(dāng)中，更高型號(hào)的低合金高強(qiáng)剛也有所應(yīng)用，如Q420、Q460高強(qiáng)鋼。直縫焊管用鋼為鋼板或鋼帶，采用電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，必要時(shí)加爐外精煉，并且以熱軋狀態(tài)交貨。制造直縫不銹鋼焊管用的鋼板或卷板應(yīng)符合GB／T700、GB／T709、GB／T1591、GB／T3524、GB／T3274等現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。目前，直縫不銹鋼焊管主要應(yīng)用的是埋弧焊和高頻焊兩種方法。高頻焊在焊接過程當(dāng)中不使用填充材料，飛濺較小，生產(chǎn)效率比較高；而埋弧焊的特點(diǎn)在于最終得到的焊縫質(zhì)量較好。正是由于焊接技術(shù)的快速發(fā)張，使得生產(chǎn)的直縫焊管最大直徑達(dá)到1829毫米，最大厚度在44毫米。在焊接方面，對(duì)于公稱外徑小于或等于508mm的直縫不銹鋼焊管宜采用高頻電阻焊工藝生產(chǎn)，公稱外徑大于426mm的直縫焊管宜采用埋弧焊工藝生產(chǎn)。高頻電阻焊管焊后應(yīng)對(duì)焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行正火熱處理，埋弧焊管應(yīng)采用冷擴(kuò)徑或熱處理。而且高頻電阻焊管的焊縫缺陷不允許進(jìn)行補(bǔ)焊。埋弧焊管允許修補(bǔ)。但是受到一定條件的限制。

  2. 法蘭

  皖電東送是我國(guó)特高壓建設(shè)當(dāng)中的第一條示范工程，也是第一條大規(guī)模應(yīng)用鋼管塔的線路工程。塔身主材大部分通過法蘭連接。在此工程當(dāng)中使用的是高勁法蘭．與應(yīng)用有勁法蘭相比，減少了焊縫的數(shù)量，提高了生產(chǎn)效率，并且避免了較多的焊縫造成的應(yīng)力集中，裂紋等缺陷。加工材料方面．用鋼仍以Q345B為主，少量工程采用了Q420B、Q420c級(jí)鋼。隨著金屬冶煉技術(shù)的提高．更多優(yōu)質(zhì)的鋼種也將逐步應(yīng)用到不銹鋼管塔法蘭的生產(chǎn)之中。

三、管塔樣塔的焊接

 1. 常用焊接方法

  鐵塔廠家目前應(yīng)用較多的焊接方法主要有二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、埋弧焊、焊條電弧焊、鎢極氬弧焊等，焊條電弧焊主要應(yīng)用于定位焊，而氣體保護(hù)焊以及埋弧焊主要用于直縫焊管與法蘭對(duì)接的焊接工作當(dāng)中。以下列出了在鐵塔制造當(dāng)中經(jīng)常使用的焊接方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

 2. 樣塔的用鋼及其焊接技術(shù)

  Q235、Q345熱軋角鋼是我國(guó)輸電線路鐵塔的主要用材。材料內(nèi)容單一、各方面性能也相對(duì)落后，大規(guī)格角鋼短缺是我國(guó)塔廠家在選用鋼材時(shí)的主要問題。隨著新型鋼材原料種類的不斷豐富、各方面性能的不斷完善，對(duì)輸電塔進(jìn)行焊接加工時(shí)的各方面技術(shù)要求及施焊工藝也做出了更高的要求。隨著低合金高強(qiáng)鋼自身性能的不斷改善、以及相應(yīng)的焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍也得到了大幅度的提高。低合金高強(qiáng)鋼自身性能的提升主要是通過調(diào)節(jié)碳及其他元素的含量來達(dá)到預(yù)期的效果，并且輔助一定的熱處理工藝。前面我們也提到碳含量及其他元素會(huì)造成金屬本身的碳當(dāng)量增加，從而起到反作用．一旦這些原因造成的缺陷產(chǎn)生在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中．將會(huì)造成類似08年雪災(zāi)輸電塔倒塌等災(zāi)難性事故。

  在直縫焊管的生產(chǎn)當(dāng)中。主要以Q345B低合金高強(qiáng)高的性能最為穩(wěn)定，等級(jí)再高的低合金高強(qiáng)鋼存在著焊接標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、焊接接頭沖擊功與母材差別較大等問題。帶項(xiàng)法蘭方面，主要是各生產(chǎn)廠家對(duì)于合計(jì)元素的含量要求不統(tǒng)一，尤其是高頸法蘭的元素含量。由于上述情況的存在，使得后續(xù)的熱加工工作遇到重重困難，造成很高的不合格率。綜上，我國(guó)對(duì)于高品質(zhì)、高要求的直縫焊管和法蘭的生產(chǎn)還是受到了焊接、元素含量等諸多問題的困擾。對(duì)于獲取高要求質(zhì)量的樣塔還有一定難度。稀土等材料能提高鋼的沖擊韌性和塑性．也能在焊接過程中起脫氧、脫硫、除氣、減少夾渣和細(xì)化晶粒的作用口]，只有隨著這些新興材料的誕生、以及與之相適應(yīng)的焊接技術(shù)的不斷改進(jìn)，才能使得這些問題得以解決。

四、結(jié)論

  1. 改良的焊接工藝可以彌補(bǔ)輸電塔用低合金高強(qiáng)鋼自身焊接性帶來的種種缺陷．進(jìn)而為獲得優(yōu)良焊接接頭打下基礎(chǔ)。通過對(duì)不同材質(zhì)的鋼種擬定對(duì)應(yīng)的焊接工藝，理清焊接工藝制定的思路、方法和步驟．才能進(jìn)一步提高高強(qiáng)鋼在鐵塔制造當(dāng)中的應(yīng)用。

  2. 目前特高壓及其他輸電塔主要還是應(yīng)用Q345B低合金高強(qiáng)鋼，對(duì)于更高型號(hào)的高強(qiáng)鋼如Q420、Q460由于材料本身的性能以及當(dāng)前焊接技術(shù)的限制使得其在輸電塔的生產(chǎn)應(yīng)用受到限制。

  3. 提高我國(guó)輸電不銹鋼管塔質(zhì)量的關(guān)鍵在于兩點(diǎn)，一個(gè)是通過合金元素的添加、改善熱處理工藝等方法提高高強(qiáng)鋼自生的性能：另一方面要進(jìn)一步促進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展．改善相應(yīng)的焊接工藝。