輸電鐵塔的組焊件制造工藝研究

摘 要：本文在簡單介紹輸電鐵塔用角鋼與直縫焊管和帶頸法蘭生產存在的問題基礎上，對輸電鐵塔組焊件制造進行深入分析，為組焊件制造工藝的改進和升級提供參考借鑒。

關鍵詞：輸電鐵塔；組焊件制造；焊接技術

中圖分類號：TM754 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0134-02

如今，電網建設過程中用鋼量越來越大，尤其是輸電鐵塔，是輸電線路建設中用鋼量最大的部分。在這種情況下，對焊接技術就提出了很高的要求，焊接質量直接決定鐵塔整體穩定性，需要引起相關人員的高度重視。

1 輸電鐵塔組焊件生產問題

1.1 角 鋼

從標準角度講，角鋼的規格不齊全，以25#角鋼為例，其就缺少在鐵塔施工中最為常用的厚度為22mm的角鋼；從尺寸偏差角度講，對于大規格角鋼，其也有肢寬偏差相對較大的問題；從重量偏差和彎曲度角度講，難以滿足鐵塔施工要求。在規格上，從理論角度講，隨著規格的不斷增多，其經濟性越好。然而，因市場需求并不大，使得多規格角鋼的購進難度很大，無論是設計還是加工，都不能以大代小，使鐵塔重量明顯增加，同時也會造成浪費。在質量上，對于大規格角鋼和高強角鋼，其生產質量有較大的波動，體現在沖擊性和強度無法同時滿足要求等方面，而且也存在很大的離散度。另外，對大規格角鋼而言，其表面質量相對較差，容易產生缺陷，如酸洗裂紋等，外形和彎曲度也很難達到要求[1]。

1.2 直縫焊管和帶頸法蘭

從標準角度講，現階段我國還沒有在輸電鐵塔領域專用的直縫焊管和帶頸法蘭標準，因鋼管塔實際受力情況、工程設計要求和實際運行環境都和管線鋼、流體法蘭存在一定差別。為此，基于國家電網公司積極促進，近年新頒布了相關企業標準，對鐵塔領域專用的螺栓、焊管與法蘭都提出了明確的要求和規定。

對于直縫焊管，在Q345B鐵塔中使用的焊管，其質量相對穩定，而超過Q420的焊管，其質量有很大的波動，體現在以下幾個方面：各廠家、批次生產的鋼管，其強度存在很大波動，而且沖擊功也十分分散；此外，盡管焊縫沖擊功可以達到要求，但和母材相比，仍有很大程度的降低。對強度較高的埋弧焊管，其材料的選擇與使用也較為混亂[2]。

對于帶頸法蘭，因法蘭使用的鋼坯現在主要按照GB進行供貨，在不必要的情況下，廠家對于元素成分的生產控制有明顯自主權，尤其是強度較高的帶頸法蘭。此外，各批次的鋼坯，其在完成熱處理以后，性能將產生一定程度的變化，導致成品率有所降低。

2 輸電鐵塔組焊件制造

因超過∠20#的角鋼生產能力較弱，所以實際情況中，依然使用組合形式的角鋼塔，如雙拼形式與四拼形式等，這兩種角鋼組之間填板，其焊接質量對鐵塔安全有直接影響。對鋼管塔而言，其焊接質量要求極高，往往涉及眾多焊接技術，需要予以高度重視。

2.1 鋼管塔焊接接頭連接

鋼管和平板之間的法蘭連接采用剛性與柔性連接；鋼管和帶頸法蘭之間的連接采用對接焊與搭接焊；鋼管和鋼管之間采用K節點進行連接[3]。不同的法蘭連接主要有以下優缺點：

（1）帶頸對焊法蘭——內直外坡：耗鋼量中等，法蘭加工較為簡單，可實現自動化，效率較高，難度低，可檢出接頭內部缺陷，有很高的檢出率，法蘭不容易發生變形；

（2）帶頸對焊法蘭——外直內坡：耗鋼量中等，法蘭加工較為簡單，可實現自動化，效率較高，難度低，可檢出接頭內部缺陷，有較高的檢出率，法蘭不容易發生變形；

（3）帶頸對焊法蘭——內外變坡：耗鋼量中等，法蘭加工較難，可實現自動化，效率較高，難度低，僅可以進行單側檢驗，實際檢出率相對較低，法蘭不容易發生變形；

（4）搭接焊法蘭：耗鋼量中等，法蘭加工較為簡單，焊接可實現自動化，效率較高，難度低，無法檢驗出內部缺陷，法蘭不容易發生變形；

（5）平板加筋板剛性法蘭：耗鋼量較多，法蘭加工較為簡單，焊接工作量大，但難度低，不易實現自動化，無法檢驗出內部缺陷，因焊接殘余應力相對較大，所以容易發生變形；

（6）柔性法蘭：耗鋼量較少，法蘭加工較為簡單，焊接難度大，但效率高，內部缺陷檢驗困難，檢出率很低，法蘭容易產生較大的變形。

基于此，設計工作中應按照以下順序選擇適宜的法蘭連接方法：優先考慮帶頸對焊——內直外坡；然后為平板加筋板剛性法蘭；再次為帶頸對焊法蘭——外直內坡；最后為柔性法蘭。

2.2 鋼管塔焊接

國內大多鐵塔生產企業都采用以下焊接方法：熔化極氣體保護焊、藥芯焊絲熔化極氣保焊、埋弧焊、手工電弧焊，或以上方法的組合。其中，手工電弧焊在焊縫定位焊中較為常用，塔廠的實際應用相對較少；熔化極氣體保護焊和藥芯焊絲熔化極氣保焊均屬于半自動焊，在219mm以內直縫焊管和帶頸法蘭及各類附件中較為常用；熔化極氣體保護焊與熔化極氣體保護焊和埋弧焊的組合焊屬于自動焊，在219mm以上直縫焊管和帶頸法蘭中較為常用。

為有效提高加工效率，很多企業都開始引進焊接施工自動生產線。這一生產線由兩部分組成，分別為焊接施工線與法蘭裝配線。此外，為了使焊接、鋼管定長和坡口的加工達到更高的效率，還采用了眾多自動化設備，如定長切割裝置、坡口加工裝置等，根據生產的實際情況從熔化極氣體保護焊與熔化極氣體保護焊和埋弧焊組合焊接中選擇合適的方法。通常情況下，每條裝配線具有2～3條焊接線的生產能力，而裝配線與焊接線相結合的生產線，其生產能力相當于10名左右的熟練焊工[4]。

2.3 鋼管塔構件薄壁管對接焊縫檢驗

在鋼管塔中，存在很多厚度在8mm在以內的直縫焊管和法蘭對接焊形成的環形焊縫，實際生產過程中，需要對這一焊縫實施質量檢驗。

對焊縫內部質量進行檢驗，通常使用超聲波檢測法或者是射線檢測方法。考慮到射線檢測方法的成本很高，所以多數廠家都不具備進行射線檢測的條件與能力，同時，超聲波檢測的技術規程還難以滿足薄壁管要求。因此，為了滿足實際的檢驗要求，需要通過分析與試驗，應使用將爬波檢測作為核心，并輔以橫波檢測的新技術，并按照要求對其技術規范進行編制和完善[5]。

相較于以往的橫波檢測，對爬波檢測而言，它主要有下列不同：

（1）能在單側檢測的情況下對焊縫截面實施準確檢測；

（2）在掃查方式方面，以周向直線掃查為主，不再采用非鋸齒型掃查；

（3）配置有專門的對比試塊與爬波探頭。

通過射線檢測與對比發現，爬波檢測可以滿足實際要求，不僅簡單快捷，而且高效實用，能適應多種不同的儀器設備，可對直縫焊管和法蘭對接焊形成的環形焊縫進行檢測。就目前來看，該方法已在我國廣泛應用，能滿足輸電線路鋼管塔實際檢測要求。

3 結 論

（1）在輸電鐵塔中使用的角鋼，在材質方面，以Q420B和Q345B，而在型號方面，以20#以下的角鋼，相對穩定。其它在質量穩定性方面有很大的提升空間。

（2）在輸電鐵塔中使用的直縫焊管與帶頸法蘭，Q420級以上的質量往往不穩定，體現在以下幾個方面：性能波動、力學性能和母材相比有很大程度的降低、成品率相對較低。

（3）通過對不同法蘭方式的分析與對比，設計工作中應按照以下順序選擇適宜的法蘭連接方法：優先考慮帶頸對焊——內直外坡；然后為平板加筋板剛性法蘭；再次為帶頸對焊法蘭——外直內坡；最后為柔性法蘭。

（4）對鋼管塔焊接施工而言，其更加關注自動焊接與高效焊接，同時還應注重焊縫質量檢驗，使用將爬波檢測作為核心，并輔以橫波檢測的新技術，實現對焊縫質量的準確檢測。

參考文獻

[1]王 劍，王璋奇.輸電鐵塔雙軸加速度傳感器多目標優化布置[J].儀器儀表學報，2016，37（02）：277～285.

[2]劉 峰，宋弘清，黃政然，范亞洲，林岳凌，龍紫筠，許立坤.沿海地區輸電鐵塔防護涂層耐腐蝕性能研究[J].裝備環境工程，2015，12（04）：76～81+88.

[3]岳增武，李辛庚，樊志彬，郭 凱.輸電鐵塔腐蝕防護全壽命周期成本[J].中國電力，2015，48（02）：150～155.

[4]楊風利，張宏杰，楊靖波，黨會學，劉建軍.下擊暴流作用下輸電鐵塔荷載取值及承載性能分析[J].中國電機工程學報，2014，34（24）：4179～4186.

[5]韓軍科，張春蕾，楊靖波.輸電鐵塔軸心受壓構件穩定系數規范對比[J].中國電力，2014，47（03）：90～95.

收稿日期：2018-4-28

作者簡介：覃元雷（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事管理工作。