皖電東送工程鋼管塔高頸法蘭與鋼管對接關鍵技術

朱小明 查龍

一、工程概述

1.項目概況

皖電東送工程是我國首條同塔雙回路特高壓交流輸電工程，西起安徽淮南，經皖南、浙北到達上海，線路全長656km。作為鋼管塔供應商之一，我公司承擔了6個塔型，23基鐵塔，共計3 756t鋼管塔的加工任務。

2.工程特點及難點

（1）焊接量大 我公司承擔的加工任務中，焊縫總長度達到19 688m，遠遠大于同等角鋼塔焊接量。

（2）焊接質量要求高 高頸法蘭與鋼管對接焊縫5 096條，合計約5 253m，占焊縫總長度的26.68%，此類焊縫要求全部達到一級焊縫焊接等級要求。

（3）國內可借鑒加工經驗少 本工程是我國第一條全線路采用鋼管塔的輸電線路工程，同時也是第一條大量采用高頸法蘭與鋼管對接焊加工工藝的工程，國內所有鐵塔生產企業均是第一次批量生產該類鐵塔，缺乏成熟的焊接加工經驗。

（4）鋼管塔加工經驗少，缺乏相應的專業技術人員 在本工程之前，我公司是一個年產角鋼塔10萬t以上的加工企業，幾乎沒有涉足任何的鋼管塔產品，所以在拼裝機焊接各環節均缺少相應資源。

二、關鍵焊接技術及焊接質量管理

鋼管塔加工的關鍵技術在于高頸法蘭與鋼管對接焊縫的焊接，能否找到一種一次交檢合格率高、效率高且便于操作的焊接工藝，是實現鋼管塔大批量生產的關鍵。

1.關鍵焊接技術

（1）焊接工藝的初步形成 為保證焊接工藝正確性和有效性，確保工藝評定覆蓋率100%。在接到施工圖之后，我公司立即對現有焊接工藝評定進行審核，對缺少的工藝評定項目按照JGJ81—2002及設計文件的相關要求進行焊接工藝評定。在原有工藝評定基礎上通過焊接試驗，新增3套焊接工藝，并制定26套工藝加工文件，以滿足工程焊接技術需要，并在正式生產之前對法蘭與鋼管對接焊工藝進行反復優化，完成工藝評定，形成了初期符合我公司生產實際的關鍵焊接工藝2種：①針對φ≥273mm的鋼管與高頸法蘭對接焊時，采取先焊內里環焊縫，然后在外面坡口內進行清根處理，使原有的V形坡口變成U形坡口，最后再用氣體保護焊在坡口內填充、蓋面。②φ＜273mm的鋼管與高頸法蘭對接焊時采用氣體保護焊單面焊雙面成形工藝，鋼管通過滾輪支架順時針勻速轉動，焊工在1點鐘方向坡口內施焊。通過焊接試驗，以上兩種焊接工藝均能夠滿足生產要求，焊縫一次交檢合格率在97%以上。但這兩種焊接工藝效率低，無法滿足大批量加工的要求，且需要配備專門的清根人員，所以在本工程中期我公司在原有焊接工藝的基礎上引入新的焊接方法。

（2）焊接工藝的最終確定 工程中期，我公司針對不同的管徑引入了兩種新的焊接方法，即埋弧焊和氬弧焊。具體工藝如下：①針對φ≥273mm的鋼管與高頸法蘭對接焊，先使用氣體保護焊在外面坡口內進行打底、填充、蓋面，然后在內口采用埋弧焊在6點半位置進行消除缺陷焊接，原理就是利用埋弧焊熔深好的特點，消除氣體保護焊焊接過程中根部可能出現的未熔合、夾渣等缺陷，提高了焊縫一次交檢合格率，同時減少了清根工序，大大提升了生產效率。φ529mm×10mm Q345鋼管與Q345高頸法蘭對接焊用坡口尺寸及焊接順序如圖1所示，焊接參數如表1所示。

針對φ＜273mm的鋼管與高頸法蘭對接焊時，我公司引進了一臺管道一體成形設備，采用氬弧焊打底，氣體保護焊填充、蓋面的單面焊雙面成形工藝。利用氬弧焊高熔深特點，使坡口根部充分熔透，然后再利用氣體保護焊效率高、成形美觀的特點進行坡口內焊接。φ168mm×4mm Q345鋼管與Q345高頸法蘭對接焊常用坡口尺寸、焊接順序如圖2所示，焊接參數如表2所示。

通過以上2種焊接方法的引入，我公司在鋼管塔生產過程中一級環焊縫一次交檢合格率達到了99%以上，生產效率得到較大提升，月產能達到了2 000t以上。

2.質量控制

鋼管與高頸法蘭對接焊縫質量要求高，為保證一級焊縫產品質量，我們制定各道工序作業指導書，層層把關，做好每道工序的質量控制。

鋼管下料：鋼管不分壁厚均為單面V形坡口，坡口角度為單邊30o，坡口角度偏差0o～5o。如果管口面傾斜，需要使用角磨機修整，并且鈍邊保留0～2mm。

高頸法蘭與鋼管拼裝：定位焊一般不少于3處，并且要均勻分布，定位焊長度≥20mm，高度≤設計高度的2/3，并且要全熔透，達到一級焊縫質量要求。

一級焊縫焊接：焊前將坡口及兩側20mm內的油、水、銹等污物清除干凈，用角磨機將定位焊點處理成兩面爬坡形，焊接時嚴格按照工藝卡參數進行操作。

圖 1

圖 2

表 1

表 2

一級焊縫質量檢測：我公司現有無損檢測持證人員5名，其中具備UT檢測資質人員3名，待一級焊縫焊后24h對所有的焊縫進行100%檢測，第三方檢測機構派駐的技術人員對主管一級焊縫進行100%檢測，對支管進行20%的抽檢。對抽檢不合格的焊縫查找分析原因，制定整改措施計劃，確保每道一級焊縫質量達標。

3.焊工資格管理和培訓

在本工程開展期間，我公司投入的各類持證焊工25人，并對焊接人員進行理論和實踐培訓，共計取得國家電網公司鋼結構焊工資格證GMAW-Ⅱ-G-1G項目25人次、GMAW-Ⅲ-B-2G項目25人次、GTAW-Ⅰ-G-1G項目2人次、A-SAW-B-1G項目6人次。通過理論結合實踐的方法提高焊接人員的焊接技術水平，確保焊接質量，對焊接過程中出現的焊接質量問題及時進行分析總結，并將各類缺陷問題及消除方法匯總成冊，供焊工學習，并且針對不同的焊接件制作標準焊接件，指導焊工生產。另外公司為有效激勵員工，對鉚焊工進行分級考核，通過對日常質量檢查、理論考試，確定A、B、C、D崗，提高員工產品質量意識。

通過以上措施，我們公司的鋼管與法蘭環形對接一級焊縫一次報檢合格率達99%以上，員工整體焊接水平得到提升，有效保證了皖電東送的產品質量。主管、支管一級焊縫分別如圖3、圖4所示。

圖3 主管一級焊縫

圖4 支管一級焊縫

圖5 CO2氣體保護焊機

4.焊接新技術

該項目我公司應用的焊接新技術主要包括以下兩方面：①埋弧焊這種常用的焊接方法在工藝里，承擔的主要使命不是焊接，而是消除焊縫根部缺陷。②管道焊接一體機的使用，讓我們的工藝變得更加簡單、可靠、高效率。

圖6 管道一體機

三、焊接設備及焊材應用

在皖電東送工程鋼管塔加工過程中，使用的焊材主要有ER50系列實芯焊絲，H08A焊絲。我公司投入的主要焊接設備有CO2氣體保護焊機（見圖5）、管道一體機（見圖6）、法蘭自動焊機（見圖7）。

圖7 法蘭自動焊機

四、結語

我公司通過對焊接工藝的不斷優化與改進，鋼管塔產品質量及加工效率均走在了鐵塔行業的前列。隨后，我公司又參與了1 000kV浙福線、1 000kV淮上線鋼管塔工程的建設，目前又中標1 000kV錫盟-山東鋼管塔工程。我公司正以自己的實際行動，踐行著“立一基鐵塔，樹一座豐碑”的莊嚴承諾。我們全體華電人正以飽滿的熱情，隨時準備迎接未來的新挑戰。