【摘 要】随着我国铁塔建设事业的蓬勃发展，越来越多的研究机构和学者把关注点放在了焊接变形上，并发表了一系列焊接变形的理论和成果。笔者从电力铁塔的实际出发，对高强度厚钢板焊接变形的结果进行了分析，并通过钢管塔高层钢结构的生产工艺分析，总结了电力铁塔钢结构焊接变形控制技术，提出了控制焊接变形的工艺措施，对电力铁塔实际建设有一定的指导和应用价值。
【关键词】电力铁塔；钢结构；焊接变形；焊接变形控制
越来越多的铁塔建设中采用钢结构的原因在于钢材具有强度高、自重轻、低碳环保等特点，随着铁塔设计理论水平及冶金技术的不断发展进步，用于建设铁塔的钢材强度和厚度都在不断增大，不断更新发展的焊接设备和焊接方法，也提升了铁塔制造行业的整体水平。之后，研究人员就开始关注如何有效的预测及控制焊接变形，保证焊接质量及钢构件制造精度。接下来，笔者将谈一谈电力铁塔钢结构焊接变形控制。
1.电力铁塔钢结构概述
铁塔是高压送电线路上最常用的支持物，根据结构型式和受力特点，铁塔可分为拉线塔和自立塔两大类。目前，大多数国家都是采用热轧等肢角钢制造、螺栓组装的空间析架结构，也有少数国家采用冷弯型钢或钢管混凝土结构[1]。
1.1 拉线塔
拉线塔由塔头、主柱和拉线组成，塔头和主柱一般由角钢组成衍生空间框架，整体稳定性能较好，能承受较大的轴向压力。我们所了解的用高强度钢绞线做成的拉线能承受较大的拉力，所以拉线塔能充分利用材料的力学性能，减少材料用量，但拉线占地面积较大，我国的农村较多采用这种拉线塔。
1.2 自立式铁塔
自立式铁塔可分为两大类：单回路和多回类。其中，单回路主要有导线呈上字型、门型、三角形排列的鸟骨型、导线呈水平排列的酒杯型、猫头型和干字型等。自立式耐张塔主要有干字型和酒杯型等，由于干字型塔的中相导线直接是挂在塔身，下横担长度也比酒杯塔短，结构比较简单，因而比较经济节约成本，自立式耐张塔目前常用于220-500kV送电线路上。
1.3 铁塔所用钢材品种
在我国常用热轧钢材Q235及16Mn钢，其屈服强度为240N／mm2及350N／mm2，国外有450N／mm2的钢。16Mn钢多用于受力较大的铁塔的弦材(主材)，Q235钢多用于腹材(斜材)，但受力大的腹材也用16Mn钢。我国国土辽阔，再加上十分复杂地形、地质和气象等，因此对输电线路的需求自然是越来越多，所以输电铁塔样式也越来越多变。
2.电力铁塔钢结构焊接变形
2.1 焊接变形
焊接变形是指钢结构中的工件没有受载荷之前，在焊接过程中受载焊接温度的影响，导致钢结构的工件出现变形的现象。焊接变形在施工过程中，主要表现为缩短、变角、弯曲变形等。通过对现有研究理论的分析，我们可以知道导致焊接变形的主要因素是残余应力。残余应力的存在，在一定程度上会导致焊接构件的变形和不同程度的开裂，严重降低钢结构的承载能力，对工程的整体质量有很大的影响。残余应力集中部位通常在焊缝及周边地区，一旦钢结构的焊接残余应力和轴承的工作应力有重叠的话，就极有可能出现焊接变形现象[2]。
2.2 电力铁塔钢结构焊接重难点
电力铁塔的钢结构形式主要由H型钢、圆钢管、连接钢板焊接而成，它的不规则结构，使得整个钢结构复杂，平台处转角牛腿加工难度大，因此电力铁塔在角度定位上存在很大的困难。同时，电力铁塔在标高lm处的水平截面，是不规则的四边形，所以电力铁塔工程的重点就是控制其安装精度保证现场顺利吊装。由于电力铁塔是圆管柱筒状层间高耸变截面结构，每层平台梁拐角连接结构角度各不相同以及此构件在圆管上的定位存在难度，焊道坡口较深，难以保证焊缝熔透和填满焊缝；焊缝金属填充量大，焊接变形量大，焊接变形难以控制；在焊接热源的作用下，焊接区域的母材淬硬性增大，焊后残余应力增大，易产生裂纹。
3.电力铁塔钢结构焊接变形控制
电力铁塔钢主纵梁、钢横梁具有板厚较大，杆件不仅长度很长且宽度大，焊接质量要求高，所以电力铁塔钢结构焊接变形的控制将直接影响杆件的几何尺寸的准确率。接下来，笔者结合铁塔焊接变形控制技术所采取的工艺技术控制包含焊接前的预防和焊接过程中的技术控制。
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3.1 电力铁塔钢结构工件焊接前的预防措施
目前，结合钢管塔高层钢结构焊接施工前采用的预防措施，世界范围内采取的有效方法有：预拉伸法、预变形法和刚性固定组装法[3]。
3.1.1 预拉伸法
预拉伸法主要原理是钢结构在焊接过程中必然会释放出大量热量导致钢板出现弯曲变形，所以在较薄的钢板使用预拉伸力或加热后，会自动恢复，有效地避免了钢结构在焊接中产生残余应力导致的焊接变形。但是，预拉伸法主要用于铁塔钢结构中钢板厚度较薄，不适用于厚的钢板。
3.1.2 预变形法
预变形法我们通常也称之为反变形法，它是指根据钢结构工件焊接过程中产生的焊接残余应力而施加的反向作用力，在焊接变形之前使得残余应力消失的一种方法。等到焊接结束后，焊接残余应力与反向作用力相互抵消，这时候
焊接残余应力已经得到最大范围的缩小，钢结构工件就能够自动恢复，从而达到设计标准或施工要求。今后，应该认真分析各类型杆件的焊接变形规律，并通过焊接变形试验进一步确定焊接变形量的大小，以确定采取何种反变形措施。
3.1.3 刚性固定组装法
刚性固定组装法是指采用外在工具来固定焊接处的工件，这种方法能够有效地避免了钢体工件在还没开始焊接之前受到外力所导致的弯曲变形，除此之外，还可以稳定和恢复焊接过程中的焊构件结构[4]。但是这个方法存在一定的缺陷，工具在提前固定时的设置方向和具体大小不好掌控，所以在实施起来也存在不确定性。采用理论计算与模拟试验相结合的方法确定各焊缝预留的焊接收缩量，并在生产过程中跟踪测量，及时修正。
3.2 电力铁塔钢结构焊接过程中控制措施
目前，在焊接过程中实施的控制措施主要有：随焊两侧加热法、随焊碾压法和随焊急冷法。
3.2.1 随焊两侧加热法
随焊两侧加热方法指的是在钢结构焊接工件处两侧进行加热。这种方法一方面可以保障金属压缩塑性变形量减小，另一方面在降低焊缝处的剪切应变量的基础上，缩小钢结构工件焊接过程中的位移量。随焊两侧加热法具有有效调节横向、纵向应变，同时还能改变和均匀最大剪切应变量，缓和焊接变形变化，分散焊接残余应力。
3.2.2 随焊碾压法
随焊碾压法的作用在于强化焊接接头的强度、分散焊接残余应力集中程度、矫正焊接变形。但是这种方法存在一定的缺陷，随焊碾压法过程中，要用到的重型设备结构复杂、移动困难，无法有效跟随焊接移动，所以这种方法适用范围小。目前，我国有些专家学者采用随焊碾压法预防与控制焊接热裂纹，调整了瞬态应力分布状况，提高整体结构强度。
3.2.3 随焊急冷法
采用随焊急冷法能够有效增强焊接件结构强度，降低焊接残余应力导致的焊接变形。这种方法采用柔性接触式机冷器可以减少传统水直接覆盖金属表面造成的副作用。这种方法是目前焊接变形控制技术的主要方法之一。
结束语
综上所述，要想控制电力铁塔钢结构焊接变形，就得提前做好准备工作，合理选择焊接方法，细心安排，科学管理，严格执行焊接顺序和焊接参数。电力铁塔钢结构焊接变形得到控制，减少后期矫正的次数，能够保证在现场顺利安装塔架，保证工程的顺利进行，为今后电力铁塔工程提供了一定的指导和借鉴。
参考文献
[1]杨德喜.海上平台钢结构焊接变形控制措施研究论述[J].石化技术,2016,03:
24.
[2]朱智文,蒋晓斌.关于大型钢结构焊接变形控制工艺的若干探讨[J].世界有色金属,2015,12:112-113.
[3]薛晓林.钢结构焊接变形控制措施研究[J].硅谷,2014,02:119.
[4]宋明夏,宋统战,岳永巧.卓人塔工程钢结构焊接变形控制技术[J].金属加工(热加工),2015,20:56.
论文作者:周洁,刘婷
论文发表刊物:《低碳地产》2016年13期
论文发表时间:2016/11/7
标签：铁塔论文; 钢结构论文; 应力论文; 电力论文; 残余论文; 工件论文; 过程中论文; 《低碳地产》2016年13期论文;