電力鐵塔厚板防層狀撕裂焊接工藝

明凌

摘要：在電力鐵塔的厚板焊接中，層狀撕裂是一種低溫脆性斷裂，在焊接厚度大于40mm的鋼板十字型接頭、T型接頭和角接接頭時，比較容易產(chǎn)生此現(xiàn)象。本文研究了電力鐵塔厚板焊接中層狀撕裂問題，對層狀撕裂產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了分析，編制了防止層狀撕裂焊接工藝方案，對電力鐵塔厚板焊接中層狀撕裂問題有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：電力鐵塔;厚板;焊接工藝

1.原材料工藝控制

1.1選擇合格的鋼材

首先，電力鐵塔中使用到的厚板鋼材Q345B鋼應(yīng)保證其硫含量≤0.04%、磷含量≤0.04%。原材料進(jìn)廠復(fù)驗過程中，對鋼板的硫、磷含量需進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗，硫與磷含量的實(shí)測值應(yīng)低于標(biāo)準(zhǔn)要求的1/2。此外，應(yīng)逐塊對厚板原材料進(jìn)行無損檢測，檢查其板內(nèi)有無夾層。

1.2下料切割的工藝控制

厚板切割的質(zhì)量直接影響后續(xù)結(jié)構(gòu)組裝的質(zhì)量，由于端面厚，切割的尺寸影響坡口尺寸，若坡口角度較大，則易導(dǎo)致精度超差，造成焊縫間隙、坡口角度偏大，加大焊接工作量;坡口角度偏小，造成熔深不夠。厚度在60mm-120mm的鋼板進(jìn)行大坡口切割時，切割的質(zhì)量對焊接的影響很大。傳統(tǒng)的板材切割方法是采用普通火焰加機(jī)械銑邊進(jìn)行切割（如圖1.1所示）?；鹧媲懈顣r，乙炔氣體焦距火焰溫度高達(dá)32000C，從而導(dǎo)致鋼板的上緣熔塌及下緣掛渣，同時，切割的端面會呈鋸齒狀。為保證切割端面光潔度及垂直度，后續(xù)進(jìn)行機(jī)械銑邊或刨邊，切削力會造成鋼板的端面產(chǎn)生微裂狀，給焊接留下了隱患。在進(jìn)行工藝控制時，可采用精密切割方法，選用高純度98.0%以上的丙稀氣體和99.99%的液氧氣體，使用大于9號的割咀切割，控制火焰的焦距溫度在29000C，切割后的厚板坡口端面光滑、平直、無缺口、無掛渣。對鋼板的表面硬度深度影響降至0.2mm的公差內(nèi)。為了減小及消除切割對鋼板金相組織的影響，切割后對板材的切割面用電動砂輪打磨機(jī)進(jìn)行打磨，再用鋼板矯正機(jī)進(jìn)行滾壓校平，從而消除切割對鋼板強(qiáng)度應(yīng)力的影響。除采用精密切割工藝外，還應(yīng)注重切割操作人員的技能培訓(xùn)和質(zhì)量教育，切割作業(yè)前應(yīng)首先檢查割咀與軌道是否存在質(zhì)量問題;切割工在操作過程中應(yīng)隨時進(jìn)行自檢自查，從而及時調(diào)整火焰的焦距與軌距，避免影響切割端面的精度質(zhì)量。

圖1.1 厚板切割時的機(jī)械加工工藝措施

2.厚板層狀撕裂焊接控制工藝

焊接過程中及焊接后期，厚板也容易出現(xiàn)層狀撕裂和裂紋，尤其是角焊縫的裂紋。為避免和預(yù)防問題的產(chǎn)生，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，制定合理的焊接工藝。

2.1焊接準(zhǔn)備工作

2.1.1焊接接頭的設(shè)計

在滿足焊接的深度要求和焊縫密實(shí)性的條件下，盡量保證焊接坡口的角度及間隙較小。焊接中的角接接頭，一般選用對稱的坡口或偏向于側(cè)板的坡口;T形或角接接頭中，鋼板承受焊接拉應(yīng)力的端面應(yīng)伸出接頭的焊縫區(qū)。此外，盡量采用雙面坡口對稱焊接代替單面坡口非對稱焊接。

2.1.2焊接材料的選擇

焊接材料在滿足接頭強(qiáng)度要求的條件下，同時應(yīng)具有較好熔敷金屬塑性性能，氣保焊絲ER50-6是一種強(qiáng)度等級較低的低氫性焊接材料，焊絲的熔敷效率高且具有較好的塑性性能，在厚板焊接中應(yīng)用極其廣泛。

2.1.3焊接氣體的選擇

在焊接厚板時，采用低氫焊接方法中的富氬混合氣體保護(hù)焊，此種焊接方法比純CO2氣體保護(hù)焊更直接、更有效地控制焊縫金屬內(nèi)部處的含氫量。

2.1.4坡口的制備工藝

制備厚板的坡口時，為避免焊接部位重復(fù)受熱，不宜采用火焰切割的方法，優(yōu)先選用機(jī)械坡口機(jī)進(jìn)行加工，從而加工出合理的坡口角度。此外，在滿足焊縫連接強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡可能減小坡口尺寸，從而減少焊縫處熔敷金屬的填充量。加工坡口時，應(yīng)按照工藝要求控制好坡口角度及鈍邊尺寸的公差。

2.1.5焊接前鋼板預(yù)熱工藝

厚板焊接前，必須做好預(yù)熱處理。首先，根據(jù)鋼板的厚度確定合理的預(yù)熱溫度，在保證在不產(chǎn)生附加應(yīng)力的前提下，可適當(dāng)提高焊接接頭的預(yù)熱溫度。焊前預(yù)熱可以防止接頭在焊接時產(chǎn)生裂紋，還可以控制焊縫金屬及其周邊母材的冷卻速度。較高的焊接溫度會導(dǎo)致氫氣擴(kuò)散較快且會有冷裂的傾向。在焊接開始前，電弧的溫度高達(dá)1250-1300C，厚板在冷熱驟變下容易導(dǎo)致溫度分布不均勻，焊縫熱影響區(qū)容易產(chǎn)生淬硬的馬氏體組織，焊接處的金屬變脆，產(chǎn)生冷裂紋的傾向相應(yīng)增大，采用焊前預(yù)熱的工藝，可以使厚板經(jīng)過加熱達(dá)到工藝要求后進(jìn)行焊接。此外，構(gòu)件組裝前的裝配定位焊接也應(yīng)做好焊前預(yù)熱，焊接定位處的溫度容易很快被空氣及周圍的“冷卻介質(zhì)”冷卻，局部會產(chǎn)生很大的集中應(yīng)力，易引起裂紋的產(chǎn)生。

2.2焊接工藝控制

2.2.1厚板焊接工藝的基本要求

首先，工藝人員應(yīng)安排好合理的焊接流程，盡量避免產(chǎn)生厚度方向的焊接殘余應(yīng)力，減少焊接接頭處的應(yīng)力集中;其次，焊接參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格焊接工藝卡片進(jìn)行設(shè)定，采用小電流，控制焊接的熱輸入量，將焊道層間的溫度控制在小于250℃范圍內(nèi);焊接時，收縮方向上的焊縫厚度應(yīng)盡可能小，同時應(yīng)保證焊縫內(nèi)部質(zhì)量;單側(cè)焊接后，用碳弧氣刨清除根部后再進(jìn)行另一側(cè)的焊接;焊縫與厚板連接處的焊腳處，尺寸在標(biāo)準(zhǔn)要求的上差范圍;為保證厚板材料與焊縫金屬的局部緩沖，應(yīng)控制好焊接的層數(shù)。

2.2.2工藝參數(shù)與線能量的控制

焊接工藝參數(shù)的不合理，是產(chǎn)生導(dǎo)致焊接缺陷的根本原因，嚴(yán)格控制線能量，可以防止厚板產(chǎn)生層狀撕裂。電力鐵塔中的厚板在實(shí)際焊接加工時，應(yīng)根據(jù)工程中要求的不同的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行焊接工藝的試驗與評定，并將正確合理且定型的焊接工藝參數(shù)做成圖板，放置在車間及工位旁，專業(yè)的焊接檢驗員應(yīng)每天檢查焊接工位上的電流、電壓、氣壓;對違反勞動紀(jì)律，使用大電流，超氣壓、大氣流的現(xiàn)象進(jìn)行查處;使用以上焊接方法時，容易造成厚板焊縫的晶粒粗大，破壞原材料的內(nèi)在組織，導(dǎo)致焊縫邊緣產(chǎn)生裂紋，最終鋼板產(chǎn)生層狀撕裂現(xiàn)象。同時，在作業(yè)現(xiàn)場，檢驗員采用目測法對焊后的焊縫表面質(zhì)量進(jìn)行檢查。例如，埋弧焊的焊縫呈魚鱗線形狀，CO2氣體保護(hù)焊的焊縫呈現(xiàn)棒形狀，表明焊接時采用了大電流且焊接速度過快，應(yīng)告知操作人員進(jìn)行改正，做好員工的現(xiàn)場教育，不斷強(qiáng)化焊工在焊接原理及規(guī)范、焊接工藝、焊接紀(jì)律方面的質(zhì)量控制意識。

2.2.3焊接過程的層間溫度控制

厚板焊接過程中，因板材的冷卻速度比較快，會造成層間溫度的下降。為了使焊接過程中層間的溫度保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，可采用數(shù)顯自動控制箱的工藝設(shè)備，調(diào)節(jié)紅外線加熱板的加熱溫度，同時配備一名專業(yè)使用紅外線測溫儀對焊接件的前后方向>80m處的反面及側(cè)面的100m處進(jìn)行跟蹤測量的操作人員。

3.結(jié)束語

電力塔腳底板的厚度一般大于40mm，靴板厚度一般大于164mm，在焊接過程中塔腳底板厚度方向上會承受很大的拉伸應(yīng)力，沿鋼板軋制方向上較易出現(xiàn)一種臺階狀裂紋，這種焊接缺陷即層狀撕裂。層狀撕裂在外觀上沒有任何跡象，無損檢測很難檢測，容易導(dǎo)致質(zhì)量事故，而且較難修復(fù)，因此必須在焊接工藝中加以控制。在焊接中及焊后冷卻過程中產(chǎn)生或者焊接完成后在其結(jié)構(gòu)上外加載荷作業(yè)都會產(chǎn)生層狀撕裂現(xiàn)象。鋼結(jié)構(gòu)厚板廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、大型橋梁、海洋平臺、壓力容器、核反應(yīng)堆安全殼等工程領(lǐng)域，控制好其焊接質(zhì)量，具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王福方;黃元勛;張之煥.電力鐵塔厚板防層狀撕裂焊接工藝.現(xiàn)代焊接[J]，2012（10）

[2] 王元清;周暉;石永久;陳宏;李少甫.鋼結(jié)構(gòu)厚板層狀撕裂及其防止措施的研究現(xiàn)狀.建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展[J]，2013（05）