韩 暘

国网技术学院 山东 泰安 271000

0 引言

焊接是重要的金属加工技术，对于我国制造业的发展具有重要的意义。随着我国电网建设的快速发展，大容量、长距离、高电压输电线路越来越多，多回路同塔和大坡度铁塔越来越多地被采用，使铁塔的荷载越来越大，对输电铁塔在制造中的焊接技能提出了更高的要求。 在电网建设工程施工过程中，发现了诸如焊工不执行金属焊接工艺、焊接工艺流程不规范等问题，对焊缝金属的表面质量及内部质量造成了重大影响，本文通过总结施工过程发现的问题，并结合数以百次的焊接性试验结果及相应的焊接工艺评定，将二氧化碳气体保护焊在特高压钢管塔焊接的规范工艺予以总结，保证这种焊接工艺在特高压工程的可靠应用。

1 特高压输电线路工程中的钢管塔

1.1 钢管塔的应用前景

随着我国电网建设的突飞猛进，线路输送容量及电压等级不断提高，大导线截面、双回路、四回路及以上、特高压等线路不断出现，杆塔荷载和杆塔规模不断增加，常规的角钢塔已经不能满足铁塔设计的要求，而钢管塔由于良好的受力性能获得了较快发展的有利时机。 在今后一段时间内，钢管塔是交流特高压输电线路铁塔结构、大跨越工程铁塔结构的首选塔型。

1.2 钢管塔的发展

钢管塔经历了几十年的发展，现在通常所说的钢管塔为格构式钢管塔。 我国第一基大跨越钢管塔，也是国内第一基输电线路钢管塔—220kV南京燕子矶大跨越塔1973年设计，1976年9月投产。发展至今天我国的钢管塔已经经历了三代变迁。

第一代钢管塔以华东院为代表，2001年～2003年间设计， 并于2004～2005年间投运的500kV扬州二厂－斗山线路、500kV武南变－锡东南变线路、500kV杨高变－杨行变线路；第二代钢管塔2006年～2008年间设计，仍以华东院为代表，主要有500kV外高桥－顾路线路、500kV顾路－南汇线路、500kV南汇－三林线路；第三代钢管塔从2008年～至今，设计以华东院、 江苏院、 中南院等11家设计院设计的500kV练塘～泗泾线路、500kV杨二厂～扬州西线路、淮南～皖南～浙北～沪西1000kV交流线路等为代表。发展至今天，钢管塔技术相对成熟，在质量方面也较为可靠。

1.3 第三代钢管塔的特点

第三代钢管塔主要具有以下特点： 格构式钢管塔、刚性腹杆；摒弃相贯焊、焊接工作量小； 钢管标准化、无代料；插板连接标准化；采用环向对接焊的锻造法兰；加工效率进一步提高；塔重再轻8%～12%；材料中应用了Q460C、Q345B、Q235B等高强钢。

2 二氧化塔气体保护焊简介

常见的焊接方法有：电弧焊(氩弧焊、手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、气体保护焊)、电阻焊、高能束焊(电子束焊、激光焊)、钎焊、以电阻热为能源的焊接(电渣焊、高频焊)、以化学能为焊接能源的焊接(气焊、气压焊、爆炸焊)、以机械能为焊接能源的焊接(摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散焊等等［1］。 目前，在铁塔企业当中应用最为广泛的是二氧化碳气体保护焊，这也是本文重点介绍的焊接方法。

2.1 二氧化碳气体保护焊定义及组成

二氧化碳气体保护焊是用二氧化碳气体来保护电弧及熔池的一种电弧焊。它是目前铁塔制造企业应用最为广泛的一种焊接方法。不论是输电钢管塔中打底焊还是盖面焊接都可以使用该焊接方法来完成，具有电能消耗少、焊缝金属质量高等特点，目前，这种焊接方法得到了快速发展，是铁塔企业应用最为广泛的一种焊接方法，各行各业的新兴焊接机器人，所采用的都是二氧化碳气体保护焊。 它在焊接过程中主要有以下几个部分组成：1-焊丝、2-喷嘴、3-电弧、4-CO2保护气、5-焊缝、6-熔池、7-工件。 如图1所示。

图1 二氧化碳气体保护焊示意图

2.2 二氧化碳气体保护焊特点

焊接时，透过深色玻璃对比焊条电弧焊的焊接熔池， 二氧化碳气体保护焊所得到的熔池更加集中，面积更小，这是应为二氧化碳气体保护焊具有电流密度大，电弧热量集中的特点，所以采用该焊接方法加工的金属焊后变形较少，产生裂纹倾向较低，并且提高了焊接效率；并且这种焊接方法只是采用气体对熔池进行保护而没有采取渣保护，最终将不会产生覆盖在焊缝表面的渣壳，省去了去除渣的工序，进一步提高了效率。 这些特点有助于二氧化碳气体保护焊的推广应用。 但是，与其他的焊接方法相比，二氧化碳气体保护焊的飞溅较大，这是这种焊接方法最大的缺点，在焊接的过程要注意防护飞溅灼伤的同时。最重要的是要保证焊接周围的环境中没有易燃、易爆物，防止火灾产生。

3 特高压工程中的二氧化碳气体保护焊应用

3.1 特高压钢管塔生产中常用的金属焊接方法及工艺要求

目前，在铁塔制造企业应用最为广泛的金属焊接加工方法为二氧化碳气体保护焊。由于在进行直缝焊管和法兰对接焊时采取水平固焊接位置，如图2所示， 所以从事此项工作的铁塔技术人员必须能够熟练进行钢管水平固定对接焊接工作。对于焊接操作过程中细节的要求具体如下：

1）焊接设备

目前应用较多的是NBC-500型熔化极半自动焊设备。 焊接前对于设备主要是检验其绝缘性，并调试焊接设备各项参数。

2）安全防护及焊接过程所使用的工具

焊接时穿待专用焊工防护服、 佩戴焊工手套、护脚及带有护目镜的面罩；准备好焊接过程当中所用到的器具如钢丝刷、扳手、锉刀、斜口钳和角向磨光机。

图2 直缝焊管和带劲法兰的水平固定位置焊接

3.2 标准工艺在特高工程中的推广

原则编制的焊接工艺虽十分可靠但也很不经济，需要根据焊接件的使用环境和生产要求做出适当的合理调整［2］。 随着焊接技术的发展和新型材料的应用，焊接工艺并不是固定不变的。 下面所介绍的是目前比较成熟的金属焊接加工工艺，同时也是国家电网公司焊接技术指导委员会在特高压铁塔建设中所推广的焊接工艺。

1）坡口的选择及清理工作

在钢管塔的焊接工作中，一般选取的坡口形式为V型坡口，坡口角度为65±1°。 选取坡口形式主要遵循以下原则，见表1［3］。

表1 常见焊接坡口的选择

在加工好坡口后，必须用磨光机将钢管及带颈法兰坡口两侧20mm范围内的油污、锈蚀清理干净，直至打磨出金属光泽，坡口及打磨效果如图3所示。

2）焊接材料的准备及焊接前工件的固定

焊接材料方面，一般选取ER50-6焊丝，直径为1.2mm，使用前需要检验焊丝是否生锈，若表面有锈迹需做简单的打磨处理； 所使用的CO2气体纯度应大于99.5%， 用前将气瓶倒置1～2小时进行排水处理，排水后将气瓶正立24小时方可使用。

图3 直缝焊管的坡口

焊接前， 需要对两个被焊工件之间留有间隙，间距大概在1.5mm左右，预留好间隙以后就可以进行点固焊接工作。定位焊的工艺要求与正式焊缝相同，定位焊高度不宜超过设计焊缝高度的2/3，长度不小于25mm,应视焊缝长度确定定位焊点数，并且定位焊点应均匀的分布在周围。点固焊完成以后工件如图4所示。

图4 工件的固定

3）焊接参数的选定

焊接参数的选定对于金属焊接加工质量至关重要， 焊接参数的选定取决于被焊工件的材质、性能要求等，在钢管塔进行焊接工作时，焊接参数的选定主要涉及焊接前的点固焊、 开始的打底焊、中间的填充焊、以及最后的盖面焊接工作。 二氧化碳气体保护焊必须是直流反接， 整个焊接工序当中，在进行打底焊时， 为了提高打底焊道的焊接质量，打底焊时电流较小， 其他的焊道电流可适当调大，通过相应的焊接性试验和焊接工艺评定，目前二氧化碳气体保护焊在特高压钢管塔焊接最佳的焊接工艺参数如表2所示， 这也是目前在参与特高压建设铁塔企业当中所要推广的焊接工艺。

表2 焊接参数选择

4）操作要点

整个焊接过程一般采用三层三道焊接，每个焊道一次焊接完成，焊接速度与管子及带颈法兰传动速度要同步。

打底焊

在焊接的过程当中运条一般采用月牙型匀速摆动这种方式，并且焊枪自始至终与管件的破口切线呈80°， 运弧过程中两侧停留时间要略大于中间从而保证焊缝与母材充分熔合， 防止产生夹渣、气孔等缺陷， 待焊接完成以后对外破口进行打磨修理，为下一步填充焊做好准备。

填充焊

在进行填充焊前，调整焊枪的角度以及焊丝的伸出长度，与前面提到的数据一致。 焊接过程中的摆动采取锯齿型匀速摆动而不是上一步的月牙型运条动作，电弧摆动坡口两端时稍做停留，距离边缘2.0～2.5mm时向对边摆动， 并且保证两边的停留时间一致。

盖面焊

盖面焊接时，操作技巧与填充焊时类似，需要注意的是焊枪摆动至坡口一端时，要待铁水将坡口填满后再向另一侧摆动，焊接结束以后，一般要求焊缝表面的波纹均匀。

4 结语

特高压工程是未来几十年国家重点发展的工程项目，被称为是输电线路的高速公路。 目前，我国特高压电网建设进入了新的发展阶段， 国家电网公司已经在科研、设计、制造等环节基本掌握了钢结构输电塔应用的关键技术， 具备了推广应用的基本条件。下一步，将会有更多的特高压钢结构输电塔出现在各个输电线路中。 焊接技术的提高对于更高等级的高强钢在特高要工程中的推广和新钢架结构的应用具有重要影响， 因此应当引起我们的重视。只有不断提高焊接技术，开发新的焊接工艺，严格执行工艺标准，才能有效地确保输电塔的焊接质量，为提高特高压工程输电塔的可靠性增添一份力量。

［1］王宗杰.熔焊方法及设备［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［2］陈裕川.低合金结构钢焊接技术［M］.北京：机械工业出版社，2008：66-67.

［3］祝如德，郭成仁，唐进法.《电焊工工艺学》(初级本)［M］.北京：科学普及出版社，1982：68-77.