摘要：伴随着我国特高压输变电技术的快速发展，特高压铁塔在全国范围内开始得到广泛使用。就经济性和承载能力角度出发，特高压铁塔应采用低合金高强钢来制作。然而由于低合金高强钢的材质特性所限，其在焊接之后接头十分容易产生裂纹现象，严重危及到特高压铁塔的制造质量。因此文章重点就低合金高强钢特高压铁塔关键焊接技术展开探讨。
关键词：低合金高强钢；特高压铁塔；关键焊接技术
进入21世纪以来，随着我国经济的迅速发展，电力需求也不断增长，电力事业进入了黄金发展时期，电网改造加快、升级增速，大容量、高电压、多回路和紧凑型以及更高电压等级的750kV， 800kV及1000kV输电线路成为输电线路的发展趋势。为了提高输电铁塔尤其是特高压输电铁塔的强度、减轻塔重、增加其承载能力、节约耗材、延长塔的使用寿命、提高经济效益，需要在制造铁塔的过程中采用低合金高强度钢材。
一、特高压铁塔用低合金高强钢对焊接工艺的要求
特高压铁塔用低合金高强钢焊接后，焊接接头脆硬倾向性大，接头产生裂纹的倾向较大，层状撕裂产生的可能性也较大。这些焊接缺陷的产生有焊接母材本身材质方面的原因，也有焊接工艺方面的原因。在材质方面，由于低合金高强钢本身的合金元素种类相对较多，合金成分复杂，合金元素对钢材焊接性尤其是焊接接合性的影响也较复杂。材质方面的影响使得不同的低合金高强钢在制定其焊接工艺和研发专用焊材前均需要针对该钢种的化学成分、焊接接合性、焊接接头的力学性能等做具体的研究。在焊接工艺方面，针对特高压铁塔用低合金高强钢的使用要求、材质特点，结合钢材焊接性分析的结果，采用相应的焊接工艺措施以避免焊接缺陷的产生或者降低焊接缺陷带来的危害。
由于特高压铁塔用低合金高强钢强度较高，其塑韧性相对较差，对于承受多变复杂载荷的特高压铁塔来说钢材的塑韧性尤其是塔架接合部的塑韧性差是影响塔架承载能力和使用寿命的关键因素。要使焊接接头获得良好的塑韧性，需要从材料性能、结构设计和焊接工艺等多个方面着手进行考虑。对于塑韧性良好的焊接接头来说，材料性能是基础、塔架结构设计是前提、焊接工艺是保证。
根据特高压铁塔的实际使用条件和需要，对低合金高强钢的焊接工艺提出了如下要求：①焊接工艺要有利于防止低合金高强钢焊接裂纹、接头脆硬以及层状撕裂等焊接缺陷的产生；②焊接工艺要尽量保证在不显著降低焊接接头的强度的前提下，尽可能的提高焊接接头的塑韧性；③在基本满足使用要求的前提下，结合工厂生产的实际情况，焊接工艺尽量简单、通用，应有助于提高工厂的生产效率、降低生产成本。
二、特高压铁塔用低合金高强钢关键焊接技术分析
低合金高强钢中强度等级较低的钢具有焊接接合性较好、焊接工艺较简单的特点。随着强度等级的提高，焊接接合性变差，焊接工艺也应越严格。不同牌号、不同种类的低合金高强钢，其焊接工艺应随着自身的材质特性、使用环境和实际的焊接生产水平而变化，如此才能得到高质量的，符合使用要求的焊接接头。
（一）焊接方法的比较分析
随着焊接理论的不断发展，焊接技术也不断完善，各种新的焊接方法层出不穷。常见的焊接方法有：电弧焊、电阻焊、高能束焊、钎焊、以电阻热为能源的焊接、以化学能为焊接能源的焊接、以机械能为焊接能源的焊接等。选择焊接方法时首先应考虑焊接母材的性能特点，从适合此种材料的焊接方法中进行选择；其次，结合焊接生产厂家的现有的设备条件，焊工的操作技能和现阶段的工艺水平选择工厂具备的、焊工能熟练操作的、预期能获得较高生产率和较好的焊接质量的焊接方法。
（二）焊接接头型式探讨
根据焊接件的使用条件、厚度以及形状结构的不同，焊接接头型式也不相同。根据国家标准的规定，焊接接头型式有对接接头、T字形接头、角接接头与搭接接头等几种形式。
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1.I对接接头
对接接头是在焊接中使用最多、最常见的一种接头型式。按照焊接件厚度的不同以及坡口准备情况的差异，对接接头一般分为I字形坡口(不开坡口)接头、V字形坡口接头、X字形坡口接头、单U字形坡口接头以及双U字形坡口接头等几种接头。当焊接母材厚度较大时，焊接热量不足以熔透焊缝根部以及焊接熔渣不易清除干净。为解决这方面的问题，焊接母材开坡口是简单易行的方法。同时，开坡口还能获得较好的焊缝成型、调节母材金属和填充金属比例的作用。为了防止烧穿，开坡口时要注意留有钝边，钝边尺寸不宜过大也不可过小，以保证第一层焊缝能焊透为宜。从保证焊缝能焊透、坡口加工简单、节约焊材、提高生产率以及焊件焊后变形小等方面综合评估后选择焊接接头型式。在厚度相同的情况下，采用x形坡口比采用v形坡口好，这是因为在x形坡口的焊着金属比v形坡口能减少二分之一左右，焊件变形小，内应力也小，在大厚度和要求焊接变形小的结构中应用较为广泛。虽然较之于x形坡口和v形坡口，单U形坡口和双U形坡口的焊着金属量更少，但其加工困难，故较少采用，一般用于较重要的焊接结构中。
2.T字形接头
母材一端与另一母材一端构成直角或近似直角的接头称为T字形接头，这也是一种应用比较广泛的接头形式之一，尤其在船体结构中，70%以上的焊接接头都是采用T字形。T字形接头有I形、单边V形、K形以及双U形坡口。母材厚度在2-30~的一般联接焊缝采用T字形接头，可不必开坡口。当T字形焊缝承受载荷时，应根据焊接母材和结构的强度要求选择适当的坡口，使接头焊透以保证接头强度满足要求。
3.角接接头
两焊接母材端部构成的大于300小于135。夹角的接头称为角接接头。这种角接接头有I形、单边V形、V形以及K形等四种型式。
4.搭接接头
两母材部分重叠构成的接头即为搭接接头。搭接接头包括不开坡口、圆孔内塞焊和长孔内角焊等几种形式。不开坡口的搭接接头的母材的厚度不能超过12mm，其重叠部分不低于两母材端头厚度之和的2倍，且用双面焊接进行。这种接头的装配要求不高，且其具备较低的承载能力，故而多用于不太重要的焊接结构。对于重叠面积部分较大的钢板，为了使结构强度满足要求可采用圆孔内塞焊和长孔内角焊。对于被焊结构狭小或密闭的焊接结构，此种方法尤为适用。根据板厚和实际的使用要求确定圆孔和长孔的数目。
（三）焊缝型式分析
根据不同的焊缝结合型式可以将焊缝分为对接焊缝、角接焊缝以及塞焊焊缝等几种型式。在对接焊缝中，其主要尺寸为焊缝高度、焊缝宽度和熔深。焊缝高度一般为0-3mm，但承受动载荷时焊缝高度为零；就焊缝宽度方面应保证每边覆盖宽度大于等于2-4mm；当焊缝为非熔透焊缝时，熔透深度应为母材厚度的0.7倍。将焊脚尺寸作为角焊缝的主要尺寸。根据施焊时焊缝在空间所处位置的不同可以分为平焊缝、立焊缝、横焊缝和仰焊缝等几种形式。根据焊缝断续情况可以将焊缝分为断续焊缝和连续焊缝。在强度要求不高，不需密封的结构中可以采用断续焊缝。断续焊缝又可细分为交错式和链状式两种形式。
综上所述，良好的焊接工艺能在一定程度上弥补低合金高强钢自身焊接性带来的不足，进而获得质量优良的焊接接头。通过对焊接工艺相关理论的分析，明确了特高压铁塔对低合金高强钢焊接工艺的要求，理清了焊接工艺方法。该焊接工艺能够满足特高压铁塔对低合金高强钢焊接的要求，在生产中值得进一步应用和推广。
参考文献
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[3]李锁牢，李明辉.特高压输电铁塔用Q420低合金高强钢焊接性能研究[J/OL].热加工工艺，2017(09)
论文作者:周锋增,王立平
论文发表刊物:《基层建设》2017年第10期
论文发表时间:2017/7/24
标签：铁塔论文; 低合金论文; 特高压论文; 字形论文; 焊接工艺论文; 型式论文; 厚度论文; 《基层建设》2017年第10期论文;