曲 趵

山東電力高等專科學(xué)校 山東 泰安 271000

0 前言

隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的突飛猛進(jìn)，大容量、大跨越、高電壓輸電線路不斷出現(xiàn)。 該輸電線路具有導(dǎo)線截面大，桿塔載荷高的特點(diǎn)，而鋼管塔以其構(gòu)件風(fēng)壓小、延性好、結(jié)構(gòu)簡潔、受力性能良好得到迅速的發(fā)展，尤其在特高壓工程、城網(wǎng)改造工程中應(yīng)用較多［1］。 鋼管塔與傳統(tǒng)的角鋼塔相比，焊接工作量大大增強(qiáng)，焊接相對(duì)復(fù)雜。因此，焊接質(zhì)量的好壞影響了鋼管塔的生產(chǎn)質(zhì)量， 決定了電網(wǎng)能否安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

1 輸電線路鋼管塔的焊接特點(diǎn)

輸電線路鋼管塔中常見的焊接接頭形式較為復(fù)雜，主要有鋼管之間K形節(jié)點(diǎn)的焊接，鋼管與帶頸法蘭的對(duì)接焊，鋼管與平板法蘭加勁板的T形焊，鋼管加強(qiáng)板的焊接以及鋼管輔材橫擔(dān)U形槽與U形板、U形槽與插板的焊接等。 鋼管塔生產(chǎn)中常用的焊接方法有手工電弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊和埋弧自動(dòng)焊。

2 輸電線路鋼管塔常見焊接缺陷

輸電線路鋼管塔主要采用低合金高強(qiáng)度鋼，焊接過程中產(chǎn)生的焊接缺陷主要有焊縫形狀尺寸不符合要求、咬邊、焊瘤、氣孔、裂紋、未熔合、未焊透、夾渣等。這些焊接缺陷存在，破壞了焊縫的完整性，易引起應(yīng)力集中現(xiàn)象， 降低了焊接接頭的力學(xué)性能，縮短了鋼管塔的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)將發(fā)生質(zhì)量事故。

隨著“皖電東送”1000kV特高壓交流同塔雙回路淮南至上海輸電線路工程的建設(shè)，尤其是自動(dòng)焊接生產(chǎn)線的使用，鋼管塔生產(chǎn)企業(yè)焊縫的外觀質(zhì)量得到了很大的提高，但是焊縫內(nèi)部質(zhì)量仍然存在一定的問題，根據(jù)焊接檢驗(yàn)人員的統(tǒng)計(jì)分析，鋼管塔生產(chǎn)中比較常見的焊接缺陷主要有氣孔、 未熔合、裂紋等。

2.1 氣孔

焊縫金屬在高溫時(shí)，吸收了過多的氣體（如H2）或者由于溶池內(nèi)部冶金反應(yīng)產(chǎn)生的氣體 （如CO），在溶池冷卻凝固時(shí)來不及排出，而在焊縫內(nèi)部或表面形成孔穴，即為氣孔，如圖1。 氣孔的存在減少了焊縫的有效工作截面積，降低了焊接接頭的機(jī)械強(qiáng)度。

產(chǎn)生氣孔的原因有很多種，主要是：使用的焊材或焊劑未按規(guī)定溫度烘干；焊條藥皮變質(zhì)脫落，焊芯銹蝕；焊絲清理不干凈；焊接坡口及其兩側(cè)清理不干凈；手工焊時(shí)，電流過小，電弧過長，焊接速度過快； 埋弧焊時(shí)， 電壓過高或網(wǎng)路電壓波動(dòng)太大；二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊時(shí)，保護(hù)氣體純度不夠；熔池溫度過高，產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，氣體不能從熔池中排出。

圖1 氣孔缺陷

2.2 未熔合

未熔合是指工件與焊縫金屬之間或焊縫層間局部未完全熔化結(jié)合產(chǎn)生的一種缺陷，如圖2。按其所處的位置可分為根部未熔合、坡口未熔合、層間未熔合。 未熔合是一種面積性缺陷，它減少了焊縫的承載面積，降低了焊接接頭的強(qiáng)度，邊緣應(yīng)力非常集中，極易產(chǎn)生裂紋。

圖2 未熔合缺陷

產(chǎn)生未熔合的主要原因是： 焊接規(guī)范選擇不當(dāng)，坡口角度過小，間隙過窄，鈍邊過大，焊接電流小，電弧太長；操作方法不當(dāng)，運(yùn)條速度過快，焊條施焊角度不當(dāng)，電弧偏吹，焊條擺幅不正確；焊接坡口及其兩側(cè)有銹蝕、油污，焊道之間清理不凈，影響熔合。

2.3 裂紋

在焊接缺陷中， 影響最大的就是焊縫及熱影響區(qū)中的裂紋缺陷。 焊接裂紋是在焊接接頭的局部，因焊接應(yīng)力和其它致脆因素的作用，金屬原子間結(jié)合力遭到破壞，形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙。裂紋的分類方法有很多種， 按產(chǎn)生的原因來分可分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋。輸電線路鋼管塔主要產(chǎn)生的裂紋缺陷是熱裂紋和冷裂紋。 焊接裂紋降低了焊接接頭的強(qiáng)度， 減少了焊縫的承載面積， 裂紋端部有尖銳的缺口， 能引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，受力時(shí)使裂紋擴(kuò)展，直至斷裂，所以焊接結(jié)構(gòu)中一般不允許存在這種缺陷， 一經(jīng)發(fā)現(xiàn)必須鏟去重焊。

2.3.1 冷裂紋

焊接接頭冷卻到較低溫度時(shí)產(chǎn)生的焊接裂紋叫冷裂紋。 對(duì)鋼而言：在Ms（馬氏體轉(zhuǎn)變溫度）或200～400℃以下。冷裂紋產(chǎn)生的原因是：在焊縫及熱影響區(qū)的淬硬組織、焊接接頭中氫氣和焊接應(yīng)力的共同作用下導(dǎo)致冷裂紋的產(chǎn)生。即產(chǎn)生冷裂紋的三要素（淬硬組織、氫、應(yīng)力）。

根據(jù)冷裂紋產(chǎn)生的原因，焊接時(shí)采取的預(yù)防措施是：采用低氫型焊條，焊條按規(guī)定烘干，隨用隨取，采用保溫筒；焊件認(rèn)真清理，去除油、銹、水，減少氫的來源； 選用合理的焊接規(guī)范及焊接線能量，如焊前預(yù)熱，焊后緩冷，控制層間溫度等措施；改善焊接接頭的組織和性能，采取去氫處理，減少焊接殘余應(yīng)力；采用合理的焊接順序和焊接方向，改善焊件的應(yīng)力狀態(tài)。

2.3.2 熱裂紋

焊接過程中焊縫和熔合區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)所產(chǎn)生的裂紋叫熱裂紋。熱裂紋產(chǎn)生的原因是：焊接時(shí)熔池的冷卻速度很快，易造成偏析現(xiàn)象，偏析出的物質(zhì)多為低熔點(diǎn)共晶物，焊縫金屬凝固時(shí)，低熔點(diǎn)共晶物尚未凝固，在晶界間形成“液態(tài)間層”，削弱了晶粒間的結(jié)合力。 當(dāng)熔池冷卻結(jié)晶時(shí)，受到拉應(yīng)力作用，柱狀晶體間空隙增大，低熔點(diǎn)共晶物又不能填充空隙，就產(chǎn)生了裂紋［2］。 所以，熱裂紋又稱為結(jié)晶裂紋。

熱裂紋的產(chǎn)生與低熔點(diǎn)共晶物的分布和金屬冷卻過程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力有關(guān)，預(yù)防熱裂紋的措施應(yīng)從這兩方面考慮。 主要措施有：減少焊縫金屬中有害雜質(zhì)碳、硫、磷的含量；改善焊縫金屬組織，細(xì)化晶粒；選堿性焊條，加強(qiáng)脫磷、脫硫能力；控制焊縫形狀，避免偏析物聚集在焊縫中間；選擇合理的焊接順序和焊接方向，減少焊接應(yīng)力，提高焊縫收縮時(shí)的自由度。

3 總結(jié)

3.1 根據(jù)我國十二五規(guī)劃， 特高壓工程建設(shè)將大面積展開，今后，焊接工作量將進(jìn)一步增加。只有了解鋼管塔焊接缺陷的特征和產(chǎn)生原因，才能在焊接過程中制定相應(yīng)的預(yù)防措施。在施焊前嚴(yán)格檢查各項(xiàng)準(zhǔn)備工作；焊接過程中對(duì)容易產(chǎn)生缺陷的因素加以制約；焊接完成后能對(duì)自己的施焊過程有一個(gè)大致的評(píng)價(jià)，做到心中有數(shù)。

3.2 加強(qiáng)焊接過程管理，提高職工的質(zhì)量意識(shí)，可以有效地減少焊接缺陷的產(chǎn)生，保證鋼管塔的焊接質(zhì)量，滿足堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的要求。

［1］徐德祿，常建偉，張英東等.特高壓輸電線路工程鋼管塔加工關(guān)鍵技術(shù)［J］.金屬加工（熱加工），2011，（12）：28-31.

［2］中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)電站焊接技術(shù)委員會(huì).焊工培訓(xùn)實(shí)用教材［M］.北京：中國電力出版社，2001.