钢管塔在特高压电网的应用及焊接技术

钢管塔在特高压电网的应用及焊接技术 Steel pipe tower in UHV power grid application and welding technology

韩暘

摘要：本文主要介绍了皖电东送工程当中大量应用的钢管塔这种类型的输电塔基本组成以及高强钢在建设当中的应用现状；最后总结了关于进一步提高输电塔稳定性能、推广应用更高型号高强钢的一些措施。

关键词：输电塔 皖电东送 特高压 钢管塔 Abstract: This paper mainly introduces the power grid project a large number of applications of steel tube tower for this type of transmission tower and basic composition of high strength steel in the construction of the application; finally summarized on further enhancing the transmission tower stability, popularization and application of higher type high strength steel some measures.

Key words: power transmission tower, power grid ,UHV ,steel pipe tower

前言：

随着我国经济的快速发展，用电需求量连续攀升，为了解决日益增长的用电需求，国家正在进行特高压电网建设。建设当中，一方面，受限于紧缺的土地资源；另一方面，考虑到输电线路选取当中周围房屋设施拆迁等成本问题，使得新建的输电线路必须向高容量、高电压、紧凑型发展。故新建的输电线路电压等级多为750kV、800kV及1000kV[1]。

电网建设用钢，主要包括输电塔用直缝焊管、

角钢、带劲法兰等部件。其中我国第一条特高压示范工程—“皖电东送”工程，线路长度长，采用双回路钢管塔，对于钢材的用量可想而知，如此巨大的用钢需求和较高的质量要求，促进了输电塔生产技术的快速发展。一方面在用钢种类上有了量的增加，另一方面对于各种新兴钢种的焊接技术提出了新的要求。

1、输电铁塔用钢现状

前言当中已经分析，我国输电线路建设具有大容量、大跨越、高电压的特点。新输电线路的建设当中，随着塔体本身的质量不断增加，铁塔承受的载荷也越来越大，这种情况下若仍然采用原有的制塔工艺，无法满足实际生产的需要。最近几年，新闻当中不止一次报道出关于输电塔质量欠缺造成的种种事故，使得我国的经济财产蒙受了重大损失。这种形势下，生产厂家需进一步改善铁塔制造工艺、寻求更为先进的铁塔生产方法。

增加输电铁塔的强度、进一步减轻塔身的重量，是输电塔进一步改进的方向。这就需要从制塔的原材料入手，使用满足要求的钢种进行生产。目前Q235、Q345热轧钢是应用最为广泛的两种钢型。在近几年的铁塔生产中，Q420、Q460等更高型号的钢种也有所应用，但是由于制造工艺、焊接工艺相对落后，采用高型号钢种生产的输电塔质量还有较大的波动。

1.1 输电塔当中高强钢的应用

输电塔的塔型与生产输电塔原材料有着密切的关系，从用钢的规格上看．过去主要以Q235、Q345规格的低合金角钢为主。随着大载荷、大跨越塔的生产投入，Q420、Q460等更高型号的低合金高强钢也应用到输电线路的建设当中。不论是管塔还是角钢塔，目前，我国的输电线路用钢多为低合金高强钢。

输电塔当中低合金高强钢大规模的应用，与低合金高强钢的力学性能优势息息相关，一方面低合金高强钢具有较好的塑性、韧性，另一方面强度较高，可以满足实际生产的需求；但是正是由于低合金高强钢的硬度较大，使得后续的热加工当中容易出现种种缺陷，如焊接裂纹，热镀锌时出现裂纹现象等。怎样克服低合金高强钢的这一弊端，已经成为推广应用更高型号低合金高强钢的关键。这就要从提高材料本身的焊接性以及相应的焊接工艺出发。

有学者认为提高焊接性的措施有：控制含碳量、进行固溶处理、添加稳定剂改变焊缝组织状态和快速冷却。[2]但矛盾的是。正是由于低合金高强钢当中合金元素的种类较多，导致了其碳当量较大，使得材料的在实际使用当中容易出现层状撕裂等缺陷，焊接性变差。正是这些原因，制约了低合金高强钢的进一步推广应用。

对于输电塔使用的金属材料，主要要求焊后形成的焊接接头强度和硬度要与母材接近，而且还要具有较好的塑性和韧性，防止焊后产生裂纹，层状撕裂等缺陷。实际生产中，在能够得到各方面力学性能都满足要求的焊接接头同时还需要考虑节约

成本，减少不必要的劳动等因素，这就需要需要寻求一种操作简单，生产效率较高，焊接材料较为通用的焊接方法，目前在成产当中应用较多的主要有气体保护焊接，和埋弧焊等。

2、管塔的主要部件及其焊接

2.1 直缝焊管

直缝焊管是管塔的一部分，在当中主要起到了受力的作用，该部分主要的材质是Q345B，在近几年的生产当中，更高型号的低合金高强刚也有所应用，如Q420、Q460高强钢。直缝焊管用钢为钢板或钢带，采用电炉或转炉冶炼，必要时加炉外精炼，并且以热轧状态交货。制造直缝焊管用的钢板或卷板应符合GB/T700、GB/T709、GB/T1591、GB/T3524、GB/T3274等现行国家标准的要求。

目前，直缝焊管主要应用的是埋弧焊和高频焊两种方法，高频焊在焊接过程当中不使用填充材料，飞溅较小，生产效率比较高；而埋弧焊的特点在于最终得到的焊缝质量较好。正是由于焊接技术的快速发张，使得生产的直缝焊管最大直径达到1829毫米，最大厚度在44毫米。

在焊接方面，对于公称外径小于或等于508mm的直缝焊管宜采用高频电阻焊工艺生产，公称外径大于426mm的直缝焊管宜采用埋弧焊工艺生产。高频电阻焊管焊后应对焊缝及热影响区进行正火热处理，埋弧焊管应采用冷扩径或热处理。而且高频电阻焊管的焊缝缺陷不允许进行补焊。埋弧焊管允许修补，但是受到一定条件的限制。

2.2 法兰

皖电东送是我国特高压建设当中的第一条示范工程，也是第一条大规模应用钢管塔的线路工程。塔身主材大部分通过法兰连接。在此工程当中使用的是高劲法兰，与应用有劲法兰相比，减少了焊缝的数量，提高了生产效率，并且避免了较多的焊缝造成的应力集中，裂纹等缺陷。

加工材料方面，用钢仍以Q345B为主，少量工程采用了Q420B、Q420C级钢。随着金属冶炼技术的提高，更多优质的钢种也将逐步应用到钢管塔法兰的生产之中。

焊接方法 焊条电弧焊 优点 适应性强、应用不于同的焊接位置，焊机缺点 焊接过程不能连续的进行，生产率低；采结构简单，价格便宜。 用手工操作。 仅适用于水平或倾斜角度不大的水平位置施焊。 埋弧自动焊 生产率高，焊接质量高而稳定。 气体保护焊 电流密度大，电弧热在二保焊中，对焊接量集中，焊接速度快。 熔池脱氧，要使用含有较多脱氧元素的焊丝 ；飞溅较大。

表1 常用焊接方法

3.2 样塔的用钢及其焊接技术

Q235、Q345热轧角钢是我国输电线路铁塔的材料内容单一、各方面性能也相对落后， 主要用材。

图1 高颈对焊法兰 大规格角钢短缺是我国塔厂家在选用钢材时的主要问题。随着新型钢材原料种类的不断丰富、各方面性能的不断完善，对输电塔进行焊接加工时的各方面技术要求及施焊工艺也做出了更高的要求。

随着低合金高强钢自身性能的不断改善、以及相应的焊接技术的不断发展，其应用范围也得到了大幅度的提高。低合金高强钢自身性能的提升主要是通过调节碳及其他元素的含量来达到预期的效果，并且辅助一定的热处理工艺。前面我们也提到碳含量及其他元素会造成金属本身的碳当量增加，从而起到反作用，一旦这些原因造成的缺陷产生在实际应用当中，将会造成类似08雪灾输电塔倒塌等

3、管塔样塔的焊接

3.1 常用焊接方法

铁塔厂家目前应用较多的焊接方法主要有二氧化碳气体保护焊、埋弧焊、焊条电弧焊、钨极氩弧焊等，焊条电弧焊主要应用于定位焊，而气体保护焊以及埋弧焊主要用于直缝焊管与法兰对接的焊接工作当中。

以下列出了在铁塔制造当中经常使用的焊接方法的优缺点：

灾难性事故。

在直缝焊管的生产当中，主要以Q345B低合金高强高的性能最为稳定，等级再高的低合金高强钢存在着焊接标准不统一、焊接接头冲击功与母材差别较大等问题。带顼法兰方面，主要是各生产厂家对于合计元素的含量要求不统一，尤其是高颈法兰的元素含量。由于上述情况的存在，使得后续的热加工工作遇到重重困难，造成很高的不合格率。

综上，我国对于高品质、高要求的直缝焊管和法兰的生产还是受到了焊接、元素含量等诸多问题的困扰。对于获取高要求质量的样塔还有一定难度。稀土等材料能提高钢的冲击韧性和塑性，也能在焊接过程中起脱氧、脱硫、除气、减少夹渣和细化晶粒的作用[3]，只有随着这些新兴材料的诞生、以及与之相适应的焊接技术的不断改进，才能使得这些问题得以解决。

4、总结

1、改良的焊接工艺可以弥补输电塔用低合金高强钢自身焊接性带来的种种缺陷，进而为获得优良焊接接头打下基础。通过对不同材质的钢种拟定对应的焊接工艺，理清焊接工艺制定的思路、方法和步骤，才能进一步提高高强钢在铁塔制造当中的应用。

2、目前特高压及其他输电塔主要还是应用Q345B低合金高强钢，对于更高型号的高强钢如Q420、Q460由于材料本身的性能以及当前焊接技术的限制使得其在输电塔的生产应用受到限制。

3、提高我国输电管塔质量的关键在于两点，一个是通过合金元素的添加、改善热处理工艺等方

法提高高强钢自生的性能；另一方面要进一步促进焊接技术的发展，改善相应的焊接工艺。 参考文献：

[1] 中国建设工程招标网， 《2020年我国电力工业发展状况预测分析》， 2009-11-9.

[2] 姬晶．奥氏体不锈钢焊接性分析[J]．煤矿机械，2008，29(7)：85～86

[3] 周振丰．焊接冶金学[M]．北京：机械工业出版社，2002

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mk9f.html