电力铁塔厚板防层状撕裂焊接工艺

明凌

摘要：在电力铁塔的厚板焊接中，层状撕裂是一种低温脆性断裂，在焊接厚度大于40mm的钢板十字型接头、T型接头和角接接头时，比较容易产生此现象。本文研究了电力铁塔厚板焊接中层状撕裂问题，对层状撕裂产生的机理进行了分析，编制了防止层状撕裂焊接工艺方案，对电力铁塔厚板焊接中层状撕裂问题有一定的指导作用。

关键词：电力铁塔;厚板;焊接工艺

1.原材料工艺控制

1.1选择合格的钢材

首先，电力铁塔中使用到的厚板钢材Q345B钢应保证其硫含量≤0.04%、磷含量≤0.04%。原材料进厂复验过程中，对钢板的硫、磷含量需进行严格的检验，硫与磷含量的实测值应低于标准要求的1/2。此外，应逐块对厚板原材料进行无损检测，检查其板内有无夹层。

1.2下料切割的工艺控制

厚板切割的质量直接影响后续结构组装的质量，由于端面厚，切割的尺寸影响坡口尺寸，若坡口角度较大，则易导致精度超差，造成焊缝间隙、坡口角度偏大，加大焊接工作量;坡口角度偏小，造成熔深不够。厚度在60mm-120mm的钢板进行大坡口切割时，切割的质量对焊接的影响很大。传统的板材切割方法是采用普通火焰加机械铣边进行切割（如图1.1所示）。火焰切割时，乙炔气体焦距火焰温度高达32000C，从而导致钢板的上缘熔塌及下缘挂渣，同时，切割的端面会呈锯齿状。为保证切割端面光洁度及垂直度，后续进行机械铣边或刨边，切削力会造成钢板的端面产生微裂状，给焊接留下了隐患。在进行工艺控制时，可采用精密切割方法，选用高纯度98.0%以上的丙稀气体和99.99%的液氧气体，使用大于9号的割咀切割，控制火焰的焦距温度在29000C，切割后的厚板坡口端面光滑、平直、无缺口、无挂渣。对钢板的表面硬度深度影响降至0.2mm的公差内。为了减小及消除切割对钢板金相组织的影响，切割后对板材的切割面用电动砂轮打磨机进行打磨，再用钢板矫正机进行滚压校平，从而消除切割对钢板强度应力的影响。除采用精密切割工艺外，还应注重切割操作人员的技能培训和质量教育，切割作业前应首先检查割咀与轨道是否存在质量问题;切割工在操作过程中应随时进行自检自查，从而及时调整火焰的焦距与轨距，避免影响切割端面的精度质量。

图1.1 厚板切割时的机械加工工艺措施

2.厚板层状撕裂焊接控制工艺

焊接过程中及焊接后期，厚板也容易出现层状撕裂和裂纹，尤其是角焊缝的裂纹。为避免和预防问题的产生，应严格控制焊接质量，制定合理的焊接工艺。

2.1焊接准备工作

2.1.1焊接接头的设计

在满足焊接的深度要求和焊缝密实性的条件下，尽量保证焊接坡口的角度及间隙较小。焊接中的角接接头，一般选用对称的坡口或偏向于侧板的坡口;T形或角接接头中，钢板承受焊接拉应力的端面应伸出接头的焊缝区。此外，尽量采用双面坡口对称焊接代替单面坡口非对称焊接。

2.1.2焊接材料的选择

焊接材料在满足接头强度要求的条件下，同时应具有较好熔敷金属塑性性能，气保焊丝ER50-6是一种强度等级较低的低氢性焊接材料，焊丝的熔敷效率高且具有较好的塑性性能，在厚板焊接中应用极其广泛。

2.1.3焊接气体的选择

在焊接厚板时，采用低氢焊接方法中的富氩混合气体保护焊，此种焊接方法比纯CO2气体保护焊更直接、更有效地控制焊缝金属内部处的含氢量。

2.1.4坡口的制备工艺

制备厚板的坡口时，为避免焊接部位重复受热，不宜采用火焰切割的方法，优先选用机械坡口机进行加工，从而加工出合理的坡口角度。此外，在满足焊缝连接强度的前提下，应尽可能减小坡口尺寸，从而减少焊缝处熔敷金属的填充量。加工坡口时，应按照工艺要求控制好坡口角度及钝边尺寸的公差。

2.1.5焊接前钢板预热工艺

厚板焊接前，必须做好预热处理。首先，根据钢板的厚度确定合理的预热温度，在保证在不产生附加应力的前提下，可适当提高焊接接头的预热温度。焊前预热可以防止接头在焊接时产生裂纹，还可以控制焊缝金属及其周边母材的冷却速度。较高的焊接温度会导致氢气扩散较快且会有冷裂的倾向。在焊接开始前，电弧的温度高达1250-1300C，厚板在冷热骤变下容易导致温度分布不均匀，焊缝热影响区容易产生淬硬的马氏体组织，焊接处的金属变脆，产生冷裂纹的倾向相应增大，采用焊前预热的工艺，可以使厚板经过加热达到工艺要求后进行焊接。此外，构件组装前的装配定位焊接也应做好焊前预热，焊接定位处的温度容易很快被空气及周围的“冷却介质”冷却，局部会产生很大的集中应力，易引起裂纹的产生。

2.2焊接工艺控制

2.2.1厚板焊接工艺的基本要求

首先，工艺人员应安排好合理的焊接流程，尽量避免产生厚度方向的焊接残余应力，减少焊接接头处的应力集中;其次，焊接参数应严格焊接工艺卡片进行设定，采用小电流，控制焊接的热输入量，将焊道层间的温度控制在小于250℃范围内;焊接时，收缩方向上的焊缝厚度应尽可能小，同时应保证焊缝内部质量;单侧焊接后，用碳弧气刨清除根部后再进行另一侧的焊接;焊缝与厚板连接处的焊脚处，尺寸在标准要求的上差范围;为保证厚板材料与焊缝金属的局部缓冲，应控制好焊接的层数。

2.2.2工艺参数与线能量的控制

焊接工艺参数的不合理，是产生导致焊接缺陷的根本原因，严格控制线能量，可以防止厚板产生层状撕裂。电力铁塔中的厚板在实际焊接加工时，应根据工程中要求的不同的结构形式，进行焊接工艺的试验与评定，并将正确合理且定型的焊接工艺参数做成图板，放置在车间及工位旁，专业的焊接检验员应每天检查焊接工位上的电流、电压、气压;对违反勞动纪律，使用大电流，超气压、大气流的现象进行查处;使用以上焊接方法时，容易造成厚板焊缝的晶粒粗大，破坏原材料的内在组织，导致焊缝边缘产生裂纹，最终钢板产生层状撕裂现象。同时，在作业现场，检验员采用目测法对焊后的焊缝表面质量进行检查。例如，埋弧焊的焊缝呈鱼鳞线形状，CO2气体保护焊的焊缝呈现棒形状，表明焊接时采用了大电流且焊接速度过快，应告知操作人员进行改正，做好员工的现场教育，不断强化焊工在焊接原理及规范、焊接工艺、焊接纪律方面的质量控制意识。

2.2.3焊接过程的层间温度控制

厚板焊接过程中，因板材的冷却速度比较快，会造成层间温度的下降。为了使焊接过程中层间的温度保持在标准范围内，可采用数显自动控制箱的工艺设备，调节红外线加热板的加热温度，同时配备一名专业使用红外线测温仪对焊接件的前后方向>80m处的反面及侧面的100m处进行跟踪测量的操作人员。

3.结束语

电力塔脚底板的厚度一般大于40mm，靴板厚度一般大于164mm，在焊接过程中塔脚底板厚度方向上会承受很大的拉伸应力，沿钢板轧制方向上较易出现一种台阶状裂纹，这种焊接缺陷即层状撕裂。层状撕裂在外观上没有任何迹象，无损检测很难检测，容易导致质量事故，而且较难修复，因此必须在焊接工艺中加以控制。在焊接中及焊后冷却过程中产生或者焊接完成后在其结构上外加载荷作业都会产生层状撕裂现象。钢结构厚板广泛应用于建筑结构、大型桥梁、海洋平台、压力容器、核反应堆安全壳等工程领域，控制好其焊接质量，具有十分重要的意义。

参考文献：

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[2] 王元清;周晖;石永久;陈宏;李少甫.钢结构厚板层状撕裂及其防止措施的研究现状.建筑钢结构进展[J]，2013（05）