皖電東送工程鋼管塔自動化焊接技術(shù)

趙連桂

一、工程概述

1.項目概況

我公司承擔(dān)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(wù)。工程涉及14個施工標(biāo)段，于2012年3月12日生產(chǎn)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(chǎn)供貨任務(wù)。

2.工程特點

皖電東送工程鋼管塔由塔腳、塔身、變坡及橫擔(dān)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(jié)構(gòu)新穎美觀、傳力清晰、風(fēng)載荷效應(yīng)小、承載能力強、抗冰雪災(zāi)害能力強等優(yōu)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(zhì)量求之高，檢驗標(biāo)準(zhǔn)要求之嚴(yán)，為世界輸電線路工程之首。焊接質(zhì)量及焊接生產(chǎn)效率對鐵塔制造企業(yè)來說極具挑戰(zhàn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜 國內(nèi)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(dān)均采用鋼管結(jié)構(gòu)。對接形式鋼管直徑159～965mm，壁厚4～21mm，22種型號。

(3）質(zhì)量要求高，檢驗標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán) 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(guān)鍵焊接技術(shù)及新工藝

1.一般技術(shù)要求

（1）鋼管圓度 鋼管的橢圓度控制在3.0mm范圍內(nèi)（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(zhì)量。

（2）坡口 鋼管采用數(shù)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(nèi)環(huán)對口錯邊量控制在≤2.0mm范圍內(nèi)，外環(huán)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(yīng)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(guān)鍵焊接技術(shù)

（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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)環(huán)焊道，再焊接外環(huán)焊道。

（3）焊接參數(shù) 焊接參數(shù)如表1～表3所示。

（4）焊接層/道數(shù) 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(shù)根據(jù)鋼管厚度而定；當(dāng)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(nèi)環(huán)焊道后焊外環(huán)焊道的焊接工藝。內(nèi)環(huán)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(nèi)環(huán)焊道焊接完成后，外環(huán)無需清根直接焊接外環(huán)焊道。

（2）埋弧焊 先焊接外環(huán)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(jié)束后，采用埋弧焊進行外環(huán)焊道的焊接，外環(huán)焊道結(jié)束后，內(nèi)環(huán)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(yōu)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(yīng)力。

三、焊接設(shè)備及焊接材料應(yīng)用情況

1.焊接設(shè)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(shè)備如下：

（1）鋼管-法蘭熔化極自動焊接生產(chǎn)線 該生產(chǎn)線共4條，由唐山開元自動焊接裝備有限公司生產(chǎn)，型號：PLH3—1000。該生產(chǎn)線適用于φ273～φ1 000mm鋼管與帶頸法蘭環(huán)焊縫焊接，具有上料、自動焊接、卸料等功能。該生產(chǎn)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(chǎn)線如圖1所示。

（2）鋼管-法蘭埋弧焊接生產(chǎn)線 該生產(chǎn)線共兩條，由杭州德寶機電制造有限公司生產(chǎn)，設(shè)備型號：DBH9。本生產(chǎn)線適用于φ426～φ1 000mm鋼管與帶頸法蘭環(huán)焊縫焊接。該生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)線 設(shè)備型號：CA－XGHJ1，該生產(chǎn)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(chǎn)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(shù)（φ159～φ273mm）

表2 中等口徑鋼管與法蘭焊接參數(shù)（φ299～φ480mm）

表3 大口徑鋼管與法蘭焊接參數(shù)（φ508～φ965mm）

圖1 PLH3—1000鋼管-法蘭熔化極氣體保護焊接生產(chǎn)線

2.焊接材料

本工程構(gòu)件材質(zhì)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(chǎn)線

表4 焊材應(yīng)用

四、取得成效

（1）一次探傷合格率 對接環(huán)焊縫一次超聲波探傷合格率如表5所示。

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

（3）焊接生產(chǎn)效率 ①小口徑鋼管與帶頸法蘭對接環(huán)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(huán)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(huán)焊縫單臺、單班人均焊接6條。較以往鋼管塔工程焊接生產(chǎn)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(jié)語

為確保圓滿完成生產(chǎn)供貨任務(wù)，我公司針對自動化焊接設(shè)備自身的不足進行改裝改進，優(yōu)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)效率較手工焊接提高1倍以上。