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        高強(qiáng)鋼在電力輸變電工程中的應(yīng)用及其關(guān)鍵焊接技術(shù)

        2015-11-16 06:05:36趙連桂
        金屬加工(熱加工) 2015年20期
        關(guān)鍵詞:焊縫工藝

        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

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