皖電東送工程鋼管塔自動化焊接技術

趙連桂

一、工程概述

1.項目概況

我公司承擔了皖電東送工程中4個包、7個塔型、163基鋼管塔的加工供貨任務。工程涉及14個施工標段，于2012年3月12日生產加工至2013年4月18日完成加工及供貨，歷時403天，圓滿完成生產供貨任務。

2.工程特點

皖電東送工程鋼管塔由塔腳、塔身、變坡及橫擔等部分組成。塔身由4條鋼管主材，若干腹材連接形成。主材全部采用鋼管（圓形、等徑）與鍛造帶頸法蘭對接連接的形式；腹材采用一端鋼管與鍛造帶頸法蘭對接連接，一端鋼管與插板插入連接的形式，該工程具有結構新穎美觀、傳力清晰、風載荷效應小、承載能力強、抗冰雪災害能力強等優點，被稱作永遠不倒的鐵塔。

3.加工難點

皖電東送工程焊接工作量之大、焊縫質量求之高，檢驗標準要求之嚴，為世界輸電線路工程之首。焊接質量及焊接生產效率對鐵塔制造企業來說極具挑戰性。

（1）焊接工作量大 單基鐵塔一級焊縫約200條、230m，其他焊縫約1 000m；工程一級焊縫總計約30萬條、300km。

(2）結構復雜 國內特高壓工程首次采用鋼管與鍛造帶頸法蘭對接連接的形式，且橫擔均采用鋼管結構。對接形式鋼管直徑159～965mm，壁厚4～21mm，22種型號。

(3）質量要求高，檢驗標準嚴 鋼管與鍛造帶頸法蘭對接焊縫為一級焊縫，超聲波檢測B級Ⅰ級要求。

二、關鍵焊接技術及新工藝

1.一般技術要求

（1）鋼管圓度 鋼管的橢圓度控制在3.0mm范圍內（最大直徑與最小直徑差），避免因橢圓過大度造成坡口角度、鈍邊尺寸不均勻，根部間隙（組隊間隙）大小不一、對口錯邊過大，降低探傷合格率及焊縫外觀質量。

（2）坡口 鋼管采用數控管相貫切割機進行定長切斷，定長切斷后采用管道徑向端銑機進行坡口加工。坡口為外V形，坡口面角度30°±2.5°。法蘭采用鍛造后車削加工，坡口為外V形，坡口面角度30°±2.5°。

（3）鈍邊 鈍邊尺寸0～1.0mm，避免過大的鈍邊尺寸造成未焊透缺陷。

（4）根部間隙（組對間隙） 控制在0.5～3.0mm之間，避免間隙過大或過小造成根部未焊透缺陷或燒穿缺陷。

（5）對口錯邊 內環對口錯邊量控制在≤2.0mm范圍內，外環對口錯邊量控制在3.0mm。避免錯邊過大造成未焊透或燒穿缺陷。

（6）定位焊縫 采用手工鎢極氬弧焊進行定位焊接。定位焊縫厚度應控制在≤3.0mm；定位焊縫長度25～35mm；兩定位焊縫間隔≤350mm，且同一接頭中定位焊縫≥3條。

（7）保護氣體 采用80%Ar+20%CO2兩元富氬混合氣體，熔滴采取射流過渡的形式。

2.關鍵焊接技術

（1）焊接方法 φ159～φ273mm鋼管與帶頸法蘭，采用小口徑鋼管-法蘭機械化熔化極氣體保護焊接生產線進行施焊；φ299～φ480mm鋼管與帶頸法蘭，采用鋼管-法蘭自動熔化極氣體保護焊接生產線進行施焊；φ508～φ965mm鋼管與帶頸法蘭，采用鋼管-法蘭埋弧焊進行施焊。

（2）焊接順序 先焊接內環焊道，再焊接外環焊道。

（3）焊接參數 焊接參數如表1～表3所示。

（4）焊接層/道數 每層熔敷金屬厚度控制在≤5.0mm（3.0～4.0mm為宜），具體焊道層數根據鋼管厚度而定；當焊縫寬度＞20mm時，采用多層多道焊工藝進行施焊。

3.焊接新工藝

（1）熔化極氣體保護焊 鋼管與鍛造帶頸法蘭對接焊縫采取先焊內環焊道后焊外環焊道的焊接工藝。內環焊道焊接時，焊槍呈五點半鐘位置（稍有下坡）并作4～6mm的橫向擺動進行施焊。內環焊道焊接完成后，外環無需清根直接焊接外環焊道。

（2）埋弧焊 先焊接外環打底焊道，打底焊道采用半自動熔化極氣體保護焊進行施焊。熔敷金屬厚度（焊道厚度）控制在3～5mm。打底焊道結束后，采用埋弧焊進行外環焊道的焊接，外環焊道結束后，內環用埋弧焊進行施焊。

以上工藝具有焊縫成形美觀、余高小、一次探傷合格率高的特點，較以往工藝最大的優勢是雙面焊、不清根，從而顯著提高焊接效率，減少焊材使用量，降低焊接變形及焊接殘余應力。

三、焊接設備及焊接材料應用情況

1.焊接設備

皖電東送工程鋼管與鍛造帶頸法蘭對接焊縫焊接施工采用焊接設備如下：

（1）鋼管-法蘭熔化極自動焊接生產線 該生產線共4條，由唐山開元自動焊接裝備有限公司生產，型號：PLH3—1000。該生產線適用于φ273～φ1 000mm鋼管與帶頸法蘭環焊縫焊接，具有上料、自動焊接、卸料等功能。該生產線可滿足焊接速度1～3件/h（φ299～φ480mm），超聲波探傷合格率95%以上。自動熔化極氣體保護焊接生產線如圖1所示。

（2）鋼管-法蘭埋弧焊接生產線 該生產線共兩條，由杭州德寶機電制造有限公司生產，設備型號：DBH9。本生產線適用于φ426～φ1 000mm鋼管與帶頸法蘭環焊縫焊接。該生產線可滿足焊接速度1～2件/h（φ426～φ965mm），超聲波探傷合格率可達到99%以上。鋼管-法蘭埋弧焊接生產線如圖2所示。

（3）小口徑鋼管-法蘭機械化熔化極氣體保護焊接生產線 設備型號：CA－XGHJ1，該生產線一條，是我公司自行研制的用于φ159～φ273mm帶頸法蘭與鋼管的焊接。該生產線可滿足10～15件/h，超聲波探傷合格率可達到99%以上。

表1 小口徑鋼管-法蘭焊接參數（φ159～φ273mm）

表2 中等口徑鋼管與法蘭焊接參數（φ299～φ480mm）

表3 大口徑鋼管與法蘭焊接參數（φ508～φ965mm）

圖1 PLH3—1000鋼管-法蘭熔化極氣體保護焊接生產線

2.焊接材料

本工程構件材質為Q235B和Q345B，各種焊接方法用焊接材料如表4所示。

圖2 DBH90鋼管-法蘭埋弧焊接生產線

表4 焊材應用

四、取得成效

（1）一次探傷合格率 對接環焊縫一次超聲波探傷合格率如表5所示。

（2）焊縫外觀質量 本工程焊縫外觀成形均勻、美觀、焊接接頭應力小、焊接變形小。焊縫原始狀態如圖3～圖5所示。

（3）焊接生產效率 ①小口徑鋼管與帶頸法蘭對接環焊縫單臺、單班人均焊接44條。②中等口徑鋼管與帶頸法蘭對接環焊縫單臺、單班人均焊接12條。③大口徑鋼帶與頸法蘭管對接環焊縫單臺、單班人均焊接6條。較以往鋼管塔工程焊接生產效率提高了50%以上。

表5 超聲波探傷合格率 （%）

圖3 小口徑鋼管與法蘭對接焊縫

圖4 中等口徑鋼管與法蘭對接焊縫

圖5 大口徑鋼管與法蘭對接焊縫

五、結語

為確保圓滿完成生產供貨任務，我公司針對自動化焊接設備自身的不足進行改裝改進，優化焊接工藝，改裝改進后焊縫一次超聲波探傷合格率提高37.3%，焊接生產效率提高50%；自行研制小口徑鋼管與鍛造帶頸法蘭焊接生產線，焊縫外觀成形美觀、一次超聲波探傷合格率達到99.12%，遠遠高于手工焊或半自動焊，焊接生產效率較手工焊接提高1倍以上。