電力鐵塔厚板防層狀撕裂焊接工藝

李 強

（中電建成都鐵塔有限公司，四川 成都 610213）

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。這種焊接產生的層狀撕裂，在外觀上很難發現，但會引起質量事故，也很難恢復，因此應該加強控制。

1 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。厚板焊接是工程的一大問題，為防止焊接層狀撕的發生，設計了下列措施。

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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。

2 電力鐵塔厚板層狀撕裂產生原因

在焊接過程中以及焊接后的冷卻過程中會產生裂紋，它也可能在焊接完成后發生，由于結構承受外部載荷而產生裂紋。本文分析了產生層狀撕裂的原因，主要原因如下：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。

3 電力鐵搭厚板結構層狀撕裂防止措施

3.1 原材料控制

GBT1591《低合金高強度結構鋼》要求Q345B鋼中S含量為0.04%，P含量≤0.04%。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。

3.2 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。

3.3 焊接工藝控制

3.3.1 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，良好的塑性是公認的厚板焊接材料。

3.3.2 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。

3.3.3 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。

3.4 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。

4 電力鐵塔厚板焊接工藝的過程控制

4.1 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。

4.2 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。

4.3 采用埋弧自動焊接控制

在焊接過程中，采用埋弧自動焊接，在正面和反面上使用少量的焊接線能量。在此處使用埋弧自動焊接，這不僅不用擔心第一焊道會將坡口鈍邊穿破，而且最重要的是防止凝固裂紋產生。焊接厚鋼板的變形最主要的是角變形，為了控制變形，通常首先焊接正面焊道，然后再焊接背面的焊道，盡可能減少焊接變形和焊縫內應力。

5 結語

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。