至德鋼業(yè)不銹鋼管塔在特高壓電網的應用及焊接技術

 浙江至德鋼業(yè)有限公司是一家專業(yè)生產不銹鋼管廠家，公司鋼管產品主要用于各種電力工程，這次工程技術人員為大家介紹皖電東送工程當中大量應用的不銹鋼管塔這種類型的輸電塔基本組成以及高強鋼在建設當中的應用現狀；最后總結了關于進一步提高輸電塔穩(wěn)定性能、推廣應用更高型號高強鋼的一些措施。隨著我國經濟的快速發(fā)展，用電需求量連續(xù)攀升，為了解決日益增長的用電需求，國家正在進行特高壓電網建設。建設當中，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中周圍房屋設施拆遷等成本問題，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多為750kV、800kV及1000kV。電網建設用鋼．主要包括輸電塔用直縫不銹鋼焊管、角鋼、帶勁法蘭等部件。其中我國第一條特高壓示范工程“皖電東送”工程，線路長度長，采用雙回路不銹鋼管塔，對于鋼材的用量可想而知，如此巨大的用鋼需求和較高的質量要求。促進了輸電塔生產技術的快速發(fā)展。一方面在用鋼種類上有了量的增加．另一方面對于各種新興鋼種的焊接技術提出了新的要求。

一、輸電鐵塔用鋼現狀

 前言當中已經分析，我國輸電線路建設具有大容量、大跨越、高電壓的特點。新輸電線路的建設當中．隨著塔體本身的質量不斷增加，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，無法滿足實際生產的需要。最近幾年，新聞當中不止一次報道出關于輸電塔質量欠缺造成的種種事故．使得我國的經濟財產蒙受了重大損失。這種形勢下，生產廠家需進一步改善鐵塔制造工藝、尋求更為先進的鐵塔生產方法。增加輸電鐵塔的強度、進一步減輕塔身的重量．是輸電塔進一步改進的方向。這就需要從制塔的原材料人手。使用滿足要求的鋼種進行生產。目前Q235、Q345熱軋鋼是應用最為廣泛的兩種鋼型。在近幾年的鐵塔生產中，Q420、Q460等更高型號的鋼種也有所應用．但是由于制造工藝、焊接工藝相對落后。采用高型號鋼種生產的輸電塔質量還有較大的波動。

 輸電塔的塔型與生產輸電塔原材料有著密切的關系．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、大跨越塔的生產投入，Q420、Q46O等更高型號的低合金高強鋼也應用到輸電線路的建設當中。不論是管塔還是角鋼塔，目前，我國的輸電線路用鋼多為低合金高強鋼。輸電塔當中低合金高強鋼大規(guī)模的應用，與低合金高強鋼的力學性能優(yōu)勢息息相關，一方面低合金高強鋼具有較好的塑性、韌性，另一方面強度較高．可以滿足實際生產的需求；但是正是由于低合金高強鋼的硬度較大，使得后續(xù)的熱加工當中容易出現種種缺陷，如焊接裂紋，熱鍍鋅時出現裂紋現象等。怎樣克服低合金高強鋼的這一弊端，已經成為推廣應用更高型號低合金高強鋼的關鍵。這就要從提高材料本身的焊接性以及相應的焊接工藝出發(fā)。

 有學者認為提高焊接性的措施有：控制含碳量、進行固溶處理、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鋼當中合金元素的種類較多，導致了其碳當量較大。使得材料的在實際使用當中容易出現層狀撕裂等缺陷，焊接性變差。正是這些原因，制約了低合金高強鋼的進一步推廣應用。對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，防止焊后產生裂紋．層狀撕裂等缺陷。實際生產中，在能夠得到各方面力學性能都滿足要求的焊接接頭同時還需要考慮節(jié)約成本，減少不必要的勞動等因素．這就需要尋求一種操作簡單，生產效率較高，焊接材料較為通用的焊接方法，目前在成產當中應用較多的主要有氣體保護焊接和埋弧焊等。

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，在當中主要起到了受力的作用，該部分主要的材質是Q345B。在近幾年的生產當中，更高型號的低合金高強剛也有所應用，如Q420、Q460高強鋼。直縫焊管用鋼為鋼板或鋼帶，采用電爐或轉爐冶煉，必要時加爐外精煉，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符合GB／T700、GB／T709、GB／T1591、GB／T3524、GB／T3274等現行國家標準的要求。目前，直縫不銹鋼焊管主要應用的是埋弧焊和高頻焊兩種方法。高頻焊在焊接過程當中不使用填充材料，飛濺較小，生產效率比較高；而埋弧焊的特點在于最終得到的焊縫質量較好。正是由于焊接技術的快速發(fā)張，使得生產的直縫焊管最大直徑達到1829毫米，最大厚度在44毫米。在焊接方面，對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，公稱外徑大于426mm的直縫焊管宜采用埋弧焊工藝生產。高頻電阻焊管焊后應對焊縫及熱影響區(qū)進行正火熱處理，埋弧焊管應采用冷擴徑或熱處理。而且高頻電阻焊管的焊縫缺陷不允許進行補焊。埋弧焊管允許修補。但是受到一定條件的限制。

  2. 法蘭

  皖電東送是我國特高壓建設當中的第一條示范工程，也是第一條大規(guī)模應用鋼管塔的線路工程。塔身主材大部分通過法蘭連接。在此工程當中使用的是高勁法蘭．與應用有勁法蘭相比，減少了焊縫的數量，提高了生產效率，并且避免了較多的焊縫造成的應力集中，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級鋼。隨著金屬冶煉技術的提高．更多優(yōu)質的鋼種也將逐步應用到不銹鋼管塔法蘭的生產之中。

三、管塔樣塔的焊接

 1. 常用焊接方法

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

 2. 樣塔的用鋼及其焊接技術

  Q235、Q345熱軋角鋼是我國輸電線路鐵塔的主要用材。材料內容單一、各方面性能也相對落后，大規(guī)格角鋼短缺是我國塔廠家在選用鋼材時的主要問題。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，對輸電塔進行焊接加工時的各方面技術要求及施焊工藝也做出了更高的要求。隨著低合金高強鋼自身性能的不斷改善、以及相應的焊接技術的不斷發(fā)展，其應用范圍也得到了大幅度的提高。低合金高強鋼自身性能的提升主要是通過調節(jié)碳及其他元素的含量來達到預期的效果，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造成金屬本身的碳當量增加，從而起到反作用．一旦這些原因造成的缺陷產生在實際應用當中．將會造成類似08年雪災輸電塔倒塌等災難性事故。

  在直縫焊管的生產當中。主要以Q345B低合金高強高的性能最為穩(wěn)定，等級再高的低合金高強鋼存在著焊接標準不統(tǒng)一、焊接接頭沖擊功與母材差別較大等問題。帶項法蘭方面，主要是各生產廠家對于合計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，我國對于高品質、高要求的直縫焊管和法蘭的生產還是受到了焊接、元素含量等諸多問題的困擾。對于獲取高要求質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、以及與之相適應的焊接技術的不斷改進，才能使得這些問題得以解決。

四、結論

  1. 改良的焊接工藝可以彌補輸電塔用低合金高強鋼自身焊接性帶來的種種缺陷．進而為獲得優(yōu)良焊接接頭打下基礎。通過對不同材質的鋼種擬定對應的焊接工藝，理清焊接工藝制定的思路、方法和步驟．才能進一步提高高強鋼在鐵塔制造當中的應用。

  2. 目前特高壓及其他輸電塔主要還是應用Q345B低合金高強鋼，對于更高型號的高強鋼如Q420、Q460由于材料本身的性能以及當前焊接技術的限制使得其在輸電塔的生產應用受到限制。

  3. 提高我國輸電不銹鋼管塔質量的關鍵在于兩點，一個是通過合金元素的添加、改善熱處理工藝等方法提高高強鋼自生的性能：另一方面要進一步促進焊接技術的發(fā)展．改善相應的焊接工藝。