電力鐵塔厚板防層狀撕裂焊接工藝

李榮樺

摘要：隨著鋼結構的快速發展，元件的橫截面越來越大，鋼板的厚度越來越厚，厚板會增加焊接中層狀撕裂的風險。電力鐵塔塔腳鋼板的厚度通常超過40mm，靴板厚度通常超過16mm，焊接接頭具有T型接頭和角接頭。在焊接過程中，塔腳底部厚度方向上承受較大的拉應力，這使得在鋼板的軋制方向上容易開裂。因此文章重點就電力鐵塔厚板防層狀撕裂焊接工藝展開分析。

關鍵詞：電力鐵塔;防層狀撕裂;焊接工藝

1焊接技術在電力工程的應用

隨著科技的發展，各種機組制造水平不斷提高，安裝質量要求也隨之提高，焊接作為電力工程施工的一個重要環節，也不斷地提高改進。由于新技術的不斷增多，焊接技術的發展也更加有深度和廣度。一直以來，電力企業中使用的焊接技術基本為手工電焊和手工鎢極氬弧焊兩種為主，隨著技術的不斷更新換代，焊接技術也出現了自動化焊接和CO2氣體保護焊技術，就氣體保護焊而言，其是利用氣體作為電弧介質，并對焊接區和電弧進行保護的焊接方法。很多電力企業已開始嘗試自動化焊接技術，這些技術都可實現高質量高效作業。除了焊接技術以外，焊接工藝在電力工程中的應用也進一步得到了發展，新興工藝如藥芯焊絲焊接技術和鏡面焊等。此外，電力企業的焊接思想也出現了變化，過去的依靠焊工技能就可完成優質焊接的思想轉變為了工藝和技藝相結合的思想，這也促進了焊接熱處理專業的進步和發展。電力企業為了適應時代的發展，也在不斷提高自身的焊接水平和能力，努力掌握焊接方面的新工藝和新技術，從而確保自身企業具備核心競爭力，實現企業的可持續發展。

2電力鐵塔厚板焊接工藝分析

電力鐵塔塔腳鋼板材料通常是是包含少量合金元素的低合金鋼，具有高硬度，焊接中容易出現裂紋。

2.1焊接材料

①選擇具有相同強度和塑性剛度的焊接材料，并在焊接前進行工藝評定測試，并在測試合格后進行正式焊接。②二氧化氣體保護焊：使用E71T-1或ER50-6焊絲。CO2氣體：CO2含量（V/V）應小于99.9%，水蒸氣和乙醇的總含量（m/m）應不超過0.005%，不能檢測出液態水。③對于手工電動焊接時：使用的焊條為E50型。

2.2焊前預熱

①焊接前應預熱，以減少內部應力，防止開裂并提高焊縫性能。②最低預熱溫度100℃。③T型接頭比對接接頭的預熱溫度應高于25℃～50℃。④操作環境溫度低于正常溫度（0℃以上），則預熱溫度應高于15℃～25℃。⑤預熱方法采用電加熱和火焰加熱，火焰預熱僅用作單個部件，應注意均勻加熱。熱點儀自動控制加熱溫度，測溫筆用于測量距焊縫中心75mm的溫度，在加熱區的背面選擇測溫點。

2.3焊接過程采取的措施

①后層具有對前層除氫的作用，并且由于能夠改善前層焊縫和加熱影響區的結構，因此采用多層焊接和多道焊接。當每個焊道完成后，有必要仔細清潔，仔細檢查并清除缺陷，然后焊接下一層。②每個焊接層的焊縫始終端應相互錯開50mm以上。③層之間的溫度應與預熱溫度相同。④不能在焊接過程中停止實施焊接。⑤焊接采用邊振邊焊或錘擊技術用于消除焊接過程中的焊接應力。由于在焊接和振動過程中焊縫組織結晶延遲，可以充分讓焊縫中的氫等有害雜質流出，并減少焊縫金屬的氫含量以及雜質偏析，減少層狀撕裂，使焊縫晶粒更加細化，焊縫的可塑性和剛性得到改善，因此焊縫的機械性能得到改善。通過焊接金屬在振動下結晶，降低了焊接應力并提高了層狀撕裂和抗焊接阻力。⑥在焊接過程中，應注意每次焊縫深度之比為1.1或更大。

3電力鐵塔厚板層狀撕裂產生原因

①母材因素，母材中存在硫化物和層狀硅酸鹽或氧化鋁聚集在同一平面上，形狀不良。鋼材的硫含量：已知鋼材的含硫是主要因素。硫含量越高，層狀偏析和各向異性等缺陷的可能性就越大，從而導致層狀開裂。碳當量是確定受影響淬硬的最重要因素。碳當量越高，鋼材淬硬趨勢就越高，組織就越容易出現脆化，并且更容易產生層狀裂紋。②向拘束應力，即焊接殘余應力，是導致層狀撕裂的機械條件。在焊接期間會發生熱膨冷縮，由于母材厚度厚，不容易變形，由于沒有釋放殘余應力而產生大的殘余應力。當殘余應力達到極限時，會形成層狀撕裂。③外部荷載作用力，施加的外部荷載是產生層狀撕裂的主要要素。在外加載荷的影響下，母材的應力和載荷條件發生變化，裂紋的形成速率增加。④氫的影響，通常可以想到，熱影響區域附近形成的層狀撕裂主要由于冷裂紋誘發的，其中氫是重要的影響因素。然而，遠離熱影響區域處的母材通常產生層狀撕裂不受氫影響。

4電力鐵搭厚板結構層狀撕裂防止措施

4.1原材料控制

GBT1591《低合金高強度結構鋼》要求Q355B鋼中S含量為0.035%，P含量≤0.035%。在廠對原材料進行檢驗時，仔細檢查鋼板中S和P的含量，S，P材料的實際測量值應小于標準含量。厚板原材料進入廠后，有必要單獨進行無損檢查，以確認是否存在板內夾層，不合格的鋼板必須將其退回以。

4.2焊接接頭設計

本文根據到目前為止的設計經驗，總結并提出了一些現場焊接經驗和接頭設計的方法。焊接接頭的設計應盡可能防止變形，避免厚度方向上有殘余應力，在這種情況下，應采用較小的焊接角度，以滿足焊接深度和焊接致密性要求。

4.3焊接工藝控制

4.3.1焊接材料的選擇

在滿足接頭強度要求的條件下。ER506焊絲是一種脆弱的氫焊接材料，使用具有優異塑性性能的材料，良好的塑性是公認厚板焊接材料。

4.3.2焊接方法的選擇

在焊接厚板時，使用富含氬氣的混合氣體保護層（Ar85%，CO215%）。這種焊接方法是低氫焊接方法之一。焊縫比純CO2氣體更易于控制金屬中的氫含量。

4.3.3坡口的制備

厚板坡口應采用機械坡口進行加工，以防止采用火焰切割焊縫部位重復加熱。在坡口加工過程中，有必要根據要求嚴格限制坡口角度和鈍邊尺寸的差異。在預熱焊接之前，有必要根據焊接前預熱鋼板的厚度確定適當的溫度加熱，需要適當提高焊縫的加熱溫度，以免產生額外的應力。通過在焊接前進行預熱，通常可以避免在焊接接頭時出現裂紋。

4.4焊后熱處理

焊縫的焊接熱處理將有效降低焊縫金屬的氫含量，它還減少了焊接中冷裂紋的出現，有效地防止了母材的層狀撕裂出現。整個焊接過程完成后，對焊縫和母材整體熱處理，并確保去除母材內部的焊接殘留應力。

5電力鐵塔厚板焊接工藝的過程控制

5.1定位焊控制

在厚板定位焊時，是最容易出現問題的。當厚板定位焊時，定位焊處的溫度會被周圍的“冷卻介質”迅速冷卻，從而導致過度的應力集中，造成局部損壞和裂紋，解決方案是增加厚鋼板定位焊接時的預熱溫度，并增加定位焊的長度和焊接面的尺寸。

5.2多層多道焊工序控制

在厚板焊接過程中，多層焊接和多道焊接是該過程中的重要原理。這是由于厚板焊縫的坡口大，單層單道焊縫無法填充坡口。有些焊工為了方便進行寬道焊接，這種焊接的結果是，較大的殘余應力和相對較弱的焊接強度，易于開裂和延遲裂紋產生。多層和多道焊接的優點在于，在前一道焊接對后一道焊接來說是“預熱過程”，可以提高焊接質量。

總之，層狀撕裂在鋼結構的厚焊接中是一個大問題。一旦發生層狀撕裂，損傷相當嚴重。特別是在電力鐵塔中，所以需要引起注意。為此，必須嚴格控制進入工廠的材料的質量，不要將母材雜質超標的材料引入工廠。設置適當的焊接接頭，降低殘余應力，確保不要發生層狀撕裂，在加工過程中仔細監控熱輸入，確保焊接質量并防止焊接缺陷發生。

參考文獻

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