韓 暘

國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院 山東 泰安 271000

0 引言

焊接是重要的金屬加工技術(shù)，對(duì)于我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，大容量、長(zhǎng)距離、高電壓輸電線路越來(lái)越多，多回路同塔和大坡度鐵塔越來(lái)越多地被采用，使鐵塔的荷載越來(lái)越大，對(duì)輸電鐵塔在制造中的焊接技能提出了更高的要求。 在電網(wǎng)建設(shè)工程施工過程中，發(fā)現(xiàn)了諸如焊工不執(zhí)行金屬焊接工藝、焊接工藝流程不規(guī)范等問題，對(duì)焊縫金屬的表面質(zhì)量及內(nèi)部質(zhì)量造成了重大影響，本文通過總結(jié)施工過程發(fā)現(xiàn)的問題，并結(jié)合數(shù)以百次的焊接性試驗(yàn)結(jié)果及相應(yīng)的焊接工藝評(píng)定，將二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在特高壓鋼管塔焊接的規(guī)范工藝予以總結(jié)，保證這種焊接工藝在特高壓工程的可靠應(yīng)用。

1 特高壓輸電線路工程中的鋼管塔

1.1 鋼管塔的應(yīng)用前景

隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的突飛猛進(jìn)，線路輸送容量及電壓等級(jí)不斷提高，大導(dǎo)線截面、雙回路、四回路及以上、特高壓等線路不斷出現(xiàn)，桿塔荷載和桿塔規(guī)模不斷增加，常規(guī)的角鋼塔已經(jīng)不能滿足鐵塔設(shè)計(jì)的要求，而鋼管塔由于良好的受力性能獲得了較快發(fā)展的有利時(shí)機(jī)。 在今后一段時(shí)間內(nèi)，鋼管塔是交流特高壓輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)、大跨越工程鐵塔結(jié)構(gòu)的首選塔型。

1.2 鋼管塔的發(fā)展

鋼管塔經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在通常所說的鋼管塔為格構(gòu)式鋼管塔。 我國(guó)第一基大跨越鋼管塔，也是國(guó)內(nèi)第一基輸電線路鋼管塔—220kV南京燕子磯大跨越塔1973年設(shè)計(jì)，1976年9月投產(chǎn)。發(fā)展至今天我國(guó)的鋼管塔已經(jīng)經(jīng)歷了三代變遷。

第一代鋼管塔以華東院為代表，2001年～2003年間設(shè)計(jì)， 并于2004～2005年間投運(yùn)的500kV揚(yáng)州二廠－斗山線路、500kV武南變－錫東南變線路、500kV楊高變－楊行變線路；第二代鋼管塔2006年～2008年間設(shè)計(jì)，仍以華東院為代表，主要有500kV外高橋－顧路線路、500kV顧路－南匯線路、500kV南匯－三林線路；第三代鋼管塔從2008年～至今，設(shè)計(jì)以華東院、 江蘇院、 中南院等11家設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的500kV練塘～泗涇線路、500kV楊二廠～揚(yáng)州西線路、淮南～皖南～浙北～滬西1000kV交流線路等為代表。發(fā)展至今天，鋼管塔技術(shù)相對(duì)成熟，在質(zhì)量方面也較為可靠。

1.3 第三代鋼管塔的特點(diǎn)

第三代鋼管塔主要具有以下特點(diǎn)： 格構(gòu)式鋼管塔、剛性腹桿；摒棄相貫焊、焊接工作量??； 鋼管標(biāo)準(zhǔn)化、無(wú)代料；插板連接標(biāo)準(zhǔn)化；采用環(huán)向?qū)雍傅腻懺旆ㄌm；加工效率進(jìn)一步提高；塔重再輕8%～12%；材料中應(yīng)用了Q460C、Q345B、Q235B等高強(qiáng)鋼。

2 二氧化塔氣體保護(hù)焊簡(jiǎn)介

常見的焊接方法有：電弧焊(氬弧焊、手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)電弧焊、等離子弧焊、氣體保護(hù)焊)、電阻焊、高能束焊(電子束焊、激光焊)、釬焊、以電阻熱為能源的焊接(電渣焊、高頻焊)、以化學(xué)能為焊接能源的焊接(氣焊、氣壓焊、爆炸焊)、以機(jī)械能為焊接能源的焊接(摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴(kuò)散焊等等［1］。 目前，在鐵塔企業(yè)當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的是二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，這也是本文重點(diǎn)介紹的焊接方法。

2.1 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊定義及組成

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是用二氧化碳?xì)怏w來(lái)保護(hù)電弧及熔池的一種電弧焊。它是目前鐵塔制造企業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種焊接方法。不論是輸電鋼管塔中打底焊還是蓋面焊接都可以使用該焊接方法來(lái)完成，具有電能消耗少、焊縫金屬質(zhì)量高等特點(diǎn)，目前，這種焊接方法得到了快速發(fā)展，是鐵塔企業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種焊接方法，各行各業(yè)的新興焊接機(jī)器人，所采用的都是二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。 它在焊接過程中主要有以下幾個(gè)部分組成：1-焊絲、2-噴嘴、3-電弧、4-CO2保護(hù)氣、5-焊縫、6-熔池、7-工件。 如圖1所示。

圖1 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊示意圖

2.2 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊特點(diǎn)

焊接時(shí)，透過深色玻璃對(duì)比焊條電弧焊的焊接熔池， 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊所得到的熔池更加集中，面積更小，這是應(yīng)為二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊具有電流密度大，電弧熱量集中的特點(diǎn)，所以采用該焊接方法加工的金屬焊后變形較少，產(chǎn)生裂紋傾向較低，并且提高了焊接效率；并且這種焊接方法只是采用氣體對(duì)熔池進(jìn)行保護(hù)而沒有采取渣保護(hù)，最終將不會(huì)產(chǎn)生覆蓋在焊縫表面的渣殼，省去了去除渣的工序，進(jìn)一步提高了效率。 這些特點(diǎn)有助于二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的推廣應(yīng)用。 但是，與其他的焊接方法相比，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的飛濺較大，這是這種焊接方法最大的缺點(diǎn)，在焊接的過程要注意防護(hù)飛濺灼傷的同時(shí)。最重要的是要保證焊接周圍的環(huán)境中沒有易燃、易爆物，防止火災(zāi)產(chǎn)生。

3 特高壓工程中的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊應(yīng)用

3.1 特高壓鋼管塔生產(chǎn)中常用的金屬焊接方法及工藝要求

目前，在鐵塔制造企業(yè)應(yīng)用最為廣泛的金屬焊接加工方法為二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。由于在進(jìn)行直縫焊管和法蘭對(duì)接焊時(shí)采取水平固焊接位置，如圖2所示， 所以從事此項(xiàng)工作的鐵塔技術(shù)人員必須能夠熟練進(jìn)行鋼管水平固定對(duì)接焊接工作。對(duì)于焊接操作過程中細(xì)節(jié)的要求具體如下：

1）焊接設(shè)備

目前應(yīng)用較多的是NBC-500型熔化極半自動(dòng)焊設(shè)備。 焊接前對(duì)于設(shè)備主要是檢驗(yàn)其絕緣性，并調(diào)試焊接設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)。

2）安全防護(hù)及焊接過程所使用的工具

焊接時(shí)穿待專用焊工防護(hù)服、 佩戴焊工手套、護(hù)腳及帶有護(hù)目鏡的面罩；準(zhǔn)備好焊接過程當(dāng)中所用到的器具如鋼絲刷、扳手、銼刀、斜口鉗和角向磨光機(jī)。

圖2 直縫焊管和帶勁法蘭的水平固定位置焊接

3.2 標(biāo)準(zhǔn)工藝在特高工程中的推廣

原則編制的焊接工藝雖十分可靠但也很不經(jīng)濟(jì)，需要根據(jù)焊接件的使用環(huán)境和生產(chǎn)要求做出適當(dāng)?shù)暮侠碚{(diào)整［2］。 隨著焊接技術(shù)的發(fā)展和新型材料的應(yīng)用，焊接工藝并不是固定不變的。 下面所介紹的是目前比較成熟的金屬焊接加工工藝，同時(shí)也是國(guó)家電網(wǎng)公司焊接技術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)在特高壓鐵塔建設(shè)中所推廣的焊接工藝。

1）坡口的選擇及清理工作

在鋼管塔的焊接工作中，一般選取的坡口形式為V型坡口，坡口角度為65±1°。 選取坡口形式主要遵循以下原則，見表1［3］。

表1 常見焊接坡口的選擇

在加工好坡口后，必須用磨光機(jī)將鋼管及帶頸法蘭坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、銹蝕清理干凈，直至打磨出金屬光澤，坡口及打磨效果如圖3所示。

2）焊接材料的準(zhǔn)備及焊接前工件的固定

焊接材料方面，一般選取ER50-6焊絲，直徑為1.2mm，使用前需要檢驗(yàn)焊絲是否生銹，若表面有銹跡需做簡(jiǎn)單的打磨處理； 所使用的CO2氣體純度應(yīng)大于99.5%， 用前將氣瓶倒置1～2小時(shí)進(jìn)行排水處理，排水后將氣瓶正立24小時(shí)方可使用。

圖3 直縫焊管的坡口

焊接前， 需要對(duì)兩個(gè)被焊工件之間留有間隙，間距大概在1.5mm左右，預(yù)留好間隙以后就可以進(jìn)行點(diǎn)固焊接工作。定位焊的工藝要求與正式焊縫相同，定位焊高度不宜超過設(shè)計(jì)焊縫高度的2/3，長(zhǎng)度不小于25mm,應(yīng)視焊縫長(zhǎng)度確定定位焊點(diǎn)數(shù)，并且定位焊點(diǎn)應(yīng)均勻的分布在周圍。點(diǎn)固焊完成以后工件如圖4所示。

圖4 工件的固定

3）焊接參數(shù)的選定

焊接參數(shù)的選定對(duì)于金屬焊接加工質(zhì)量至關(guān)重要， 焊接參數(shù)的選定取決于被焊工件的材質(zhì)、性能要求等，在鋼管塔進(jìn)行焊接工作時(shí)，焊接參數(shù)的選定主要涉及焊接前的點(diǎn)固焊、 開始的打底焊、中間的填充焊、以及最后的蓋面焊接工作。 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊必須是直流反接， 整個(gè)焊接工序當(dāng)中，在進(jìn)行打底焊時(shí)， 為了提高打底焊道的焊接質(zhì)量，打底焊時(shí)電流較小， 其他的焊道電流可適當(dāng)調(diào)大，通過相應(yīng)的焊接性試驗(yàn)和焊接工藝評(píng)定，目前二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊在特高壓鋼管塔焊接最佳的焊接工藝參數(shù)如表2所示， 這也是目前在參與特高壓建設(shè)鐵塔企業(yè)當(dāng)中所要推廣的焊接工藝。

表2 焊接參數(shù)選擇

4）操作要點(diǎn)

整個(gè)焊接過程一般采用三層三道焊接，每個(gè)焊道一次焊接完成，焊接速度與管子及帶頸法蘭傳動(dòng)速度要同步。

打底焊

在焊接的過程當(dāng)中運(yùn)條一般采用月牙型勻速擺動(dòng)這種方式，并且焊槍自始至終與管件的破口切線呈80°， 運(yùn)弧過程中兩側(cè)停留時(shí)間要略大于中間從而保證焊縫與母材充分熔合， 防止產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷， 待焊接完成以后對(duì)外破口進(jìn)行打磨修理，為下一步填充焊做好準(zhǔn)備。

填充焊

在進(jìn)行填充焊前，調(diào)整焊槍的角度以及焊絲的伸出長(zhǎng)度，與前面提到的數(shù)據(jù)一致。 焊接過程中的擺動(dòng)采取鋸齒型勻速擺動(dòng)而不是上一步的月牙型運(yùn)條動(dòng)作，電弧擺動(dòng)坡口兩端時(shí)稍做停留，距離邊緣2.0～2.5mm時(shí)向?qū)厰[動(dòng)， 并且保證兩邊的停留時(shí)間一致。

蓋面焊

蓋面焊接時(shí)，操作技巧與填充焊時(shí)類似，需要注意的是焊槍擺動(dòng)至坡口一端時(shí)，要待鐵水將坡口填滿后再向另一側(cè)擺動(dòng)，焊接結(jié)束以后，一般要求焊縫表面的波紋均勻。

4 結(jié)語(yǔ)

特高壓工程是未來(lái)幾十年國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的工程項(xiàng)目，被稱為是輸電線路的高速公路。 目前，我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入了新的發(fā)展階段， 國(guó)家電網(wǎng)公司已經(jīng)在科研、設(shè)計(jì)、制造等環(huán)節(jié)基本掌握了鋼結(jié)構(gòu)輸電塔應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)， 具備了推廣應(yīng)用的基本條件。下一步，將會(huì)有更多的特高壓鋼結(jié)構(gòu)輸電塔出現(xiàn)在各個(gè)輸電線路中。 焊接技術(shù)的提高對(duì)于更高等級(jí)的高強(qiáng)鋼在特高要工程中的推廣和新鋼架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用具有重要影響， 因此應(yīng)當(dāng)引起我們的重視。只有不斷提高焊接技術(shù)，開發(fā)新的焊接工藝，嚴(yán)格執(zhí)行工藝標(biāo)準(zhǔn)，才能有效地確保輸電塔的焊接質(zhì)量，為提高特高壓工程輸電塔的可靠性增添一份力量。

［1］王宗杰.熔焊方法及設(shè)備［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］陳裕川.低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：66-67.

［3］祝如德，郭成仁，唐進(jìn)法.《電焊工工藝學(xué)》(初級(jí)本)［M］.北京：科學(xué)普及出版社，1982：68-77.