趙連桂

1. 高強(qiáng)鋼的應(yīng)用

隨著電網(wǎng)建設(shè)的飛速發(fā)展，對(duì)輸變電構(gòu)架結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求越來越高。通過提高鋼材強(qiáng)度，不但可以減少鋼材用量、降低成本、節(jié)約資源，而且還可以提高結(jié)構(gòu)承載能力、降低結(jié)構(gòu)風(fēng)載阻力，優(yōu)化結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。因此，近些年低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（簡(jiǎn)稱高強(qiáng)鋼）在電力輸變電鐵塔工程中得到了大量應(yīng)用。目前，電力輸變電鐵塔工程應(yīng)用較廣泛的高強(qiáng)鋼有Q345、Q420和Q460三種。隨著冶金技術(shù)的發(fā)展、加工技術(shù)的進(jìn)步，高強(qiáng)鋼的應(yīng)用也在不斷提高，輸變電線路工程建設(shè)也在研究和嘗試更高強(qiáng)度高強(qiáng)鋼的應(yīng)用，如Q500、Q550和Q690。

2. 高強(qiáng)鋼的特點(diǎn)

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼與一般的碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，具有更高的強(qiáng)度、硬度和承載能力，可大幅降低結(jié)構(gòu)自身尺寸而有效保證其強(qiáng)度滿足結(jié)構(gòu)的要求，高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)還具有結(jié)構(gòu)自重輕、風(fēng)阻系數(shù)小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、傳力清晰及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。

3. 高強(qiáng)鋼的焊接性及難點(diǎn)

高強(qiáng)鋼是通過增加材料內(nèi)部化學(xué)成分和優(yōu)化加工工藝等方法達(dá)到提高強(qiáng)度的目的，隨著自身強(qiáng)度的提高，其焊接性也隨之變差。目前，應(yīng)用較廣泛的Q3 45高強(qiáng)鋼是強(qiáng)度適中、焊接性極佳的普通高強(qiáng)鋼(也稱普低鋼）。Q420和Q460高強(qiáng)鋼強(qiáng)度較高且制造成本增加幅度不大，因此近些年在輸變電鐵塔制工程中得到了大量應(yīng)用。GB50661《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》中將Q420劃分為較難焊接金屬，Q46 0劃分為難焊接金屬，實(shí)際焊接施工過程中常見的質(zhì)量問題有焊接熱裂紋和冷裂紋，且控冷控軋狀態(tài)交貨的高強(qiáng)鋼焊接后接頭易出現(xiàn)焊后強(qiáng)度大幅降低的現(xiàn)象，因此焊接時(shí)需采取適當(dāng)?shù)暮附庸に嚧胧?，才能保證焊接接頭的性能滿足技術(shù)規(guī)范和使用要求。

4. 高強(qiáng)鋼焊接工藝要點(diǎn)

（1）坡口加工 坡口宜采取機(jī)械加工的方式進(jìn)行，且坡口角度宜小不宜大，避免過多的填充金屬造成母材與熔敷金屬過大的稀釋及焊接變形。采取熱切割加工坡口，應(yīng)將坡口面的淬硬層去除，避免造成焊接接頭晶粒粗大和脆硬現(xiàn)象。

（2）焊前準(zhǔn)備 第一，施焊前，確保現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件滿足施焊條件的要求：相對(duì)濕度≤80%；現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速≤2 m/s；現(xiàn)場(chǎng)溫度：Q345焊接時(shí)≥0℃，Q420和Q460焊接時(shí)≥5℃；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度低于規(guī)定溫度時(shí)，應(yīng)采取焊前預(yù)熱的方式降低焊接接頭的冷卻速度。焊前預(yù)熱溫度應(yīng)根據(jù)接頭形式和母材厚度確認(rèn)，如十字接頭和母材厚度＞20mm時(shí)，預(yù)熱溫度應(yīng)控制在120~150℃，非十字接頭和母材厚度≤20mm時(shí)，預(yù)熱溫度應(yīng)控制在100~120℃。對(duì)于十分重要的焊接接頭，即使現(xiàn)場(chǎng)溫度滿足要求但母材厚度＞20mm的Q420和Q460高強(qiáng)鋼，焊前應(yīng)進(jìn)行100~150℃預(yù)熱。

第二，施焊前，應(yīng)將坡口及附近20mm范圍內(nèi)打磨至露出金屬光澤。

第三，調(diào)試好焊接電流、電弧電壓及保護(hù)氣體流量后再進(jìn)行施焊，并在坡口內(nèi)引燃電弧且避免電弧擦傷現(xiàn)象。

（3）焊接參數(shù) 焊接熱輸入應(yīng)控制在15~25k J，避免過小的熱輸入產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象和過大的熱輸入造成結(jié)晶粗大、應(yīng)力集中、焊接變形增大等問題。

（4）焊接過程控制 焊工應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝文件進(jìn)行施焊，且施焊過程中應(yīng)設(shè)專人進(jìn)行監(jiān)督和記錄，確保工藝文件切實(shí)有效的執(zhí)行。焊接過程中每條焊縫盡量一次完成，避免中斷過程中產(chǎn)生缺陷。焊接過程中及時(shí)測(cè)量層間溫度（道間溫度），應(yīng)控制在150℃范圍內(nèi)，如果進(jìn)行焊前預(yù)熱，則層間溫度不得低于預(yù)熱溫度且≤150℃。焊接過程中發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問題時(shí)應(yīng)立即停止施焊，經(jīng)焊接技術(shù)人員分析原因并制定措施后重新施焊。

（5）焊后處理 焊后應(yīng)確保構(gòu)件自然冷卻，必要時(shí)采取緩冷措施。焊后24h進(jìn)行焊接質(zhì)量檢測(cè)，防止冷裂紋的產(chǎn)生。焊縫內(nèi)部檢測(cè)應(yīng)在外觀質(zhì)量檢查合格后進(jìn)行，重要的構(gòu)件宜進(jìn)行焊后消應(yīng)力處理。

圖1 自動(dòng)化熔化極氣體保護(hù)焊設(shè)備

圖2 典型焊縫

5. 高強(qiáng)鋼高效自動(dòng)化焊接技術(shù)在電力鐵塔工程中的應(yīng)用

（1）高效自動(dòng)化焊接技術(shù)的應(yīng)用 隨著工業(yè)化、數(shù)字化、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，以及制造企業(yè)的需求，自動(dòng)化焊接技術(shù)已發(fā)展成為機(jī)械制造尤其是金屬加工的一種重要的加工工藝。近些年，自動(dòng)化焊接技術(shù)在工業(yè)制造中起到了降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高焊接效率、保證焊接質(zhì)量等顯著作用，成為制造工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢(shì)。

目前，電力輸變電鐵塔工程高強(qiáng)鋼焊接應(yīng)用最廣泛的自動(dòng)化焊接工藝有熔化極氣體保護(hù)自動(dòng)焊和埋弧焊。自動(dòng)焊接工藝通常用于鋼管結(jié)構(gòu)環(huán)向?qū)右患?jí)焊縫和鋼管縱向?qū)右患?jí)焊縫的焊接。近些年，鐵塔塔腳、聯(lián)板及插板結(jié)構(gòu)的焊接也逐步采用自動(dòng)化焊接工藝進(jìn)行施焊。

（2）熔化極氣體保護(hù)自動(dòng)焊 電力輸變電鐵塔工程熔化極氣體保護(hù)自動(dòng)焊主要用于鋼管結(jié)構(gòu)的環(huán)向一級(jí)焊縫的焊接，其他焊縫也有應(yīng)用，如塔腳機(jī)器手焊接、聯(lián)板機(jī)器手焊接及插板機(jī)器手焊接等。熔化極氣體保護(hù)自動(dòng)焊設(shè)備如圖1所示。

熔化極氣體保護(hù)自動(dòng)焊具有設(shè)備輕便、性能優(yōu)越、操作簡(jiǎn)單及焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，典型焊縫如圖2所示。

（3）埋弧焊 電力輸變電鐵塔工程埋弧焊主要用于鋼管結(jié)構(gòu)的環(huán)向一級(jí)焊縫的焊接和鋼管縱向?qū)雍缚p的焊接。埋弧焊設(shè)備如圖3所示。埋弧焊具有設(shè)備性能優(yōu)越、操作簡(jiǎn)單、焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良及焊接生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，典型焊縫如圖4所示。

圖3 埋弧焊接設(shè)備

圖4 典型焊縫