特高压钢管塔对接环焊缝焊接工艺研究与应用

GXF360 2019-11-07

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1. 概述

近年来，国家电网公司在特高压建设方面发展迅速，截止目前已建成“八交十三直”、在建“四交两直”特高压工程，其中特高压交流工程大批量采用钢管塔。在钢管塔设计中带颈法兰的应用为钢管塔的生产大大节约了焊接量，提高了焊接效率，节约了大量的焊接成本。而钢管与带颈法兰对接环焊缝的质量要求为一级焊缝，质量要求高，过程控制严。要求钢管塔生产厂家100%超声波探伤检测，同时委托第三方进行不低于20%的抽检，以确保焊缝质量。特高压钢管塔对接环焊缝的焊接方法大部分厂家采用GMAW、SAW以及相应的组合焊接方法，还有少部分厂家采用SMAW、GTAW+GMAW组合焊接方法。在前期特高压钢管塔对接环焊缝采用的焊接方法上，各个塔厂均不相同，各有特色。

河南鼎力杆塔股份有限公司自皖电东送特高压钢管塔工程以来，陆续参与前期的十条特高压钢管塔工程建设，提供了质量合格的钢管塔产品。参与的皖电东送工程在2014年获得“全国优秀焊接工程特等奖”。在钢管塔对接环焊缝焊接中，均采用GMAW-A、SAW、GMAWA+S AW自动焊接的方法。在GMAW-A焊接方法的应用中，根据钢管规格不同又分别采用了单面焊双面成形工艺和双面焊接的工艺。在特高压钢管塔对接环焊缝生产控制方面，经过近七年的焊接工艺研究，十条特高压钢管塔工程的焊接实践，总结了一套既能充分发挥设备效能，又能提升焊接效率，还能保证焊接质量的经验与方法。根据前期特高压钢管塔的生产统计，一级焊缝一次交检合格率均达到98%以上，最终交货合格率100%。

2. 各种焊接方法的工艺特点

（1）G M A W-A单面焊双面成形焊接工艺钢管直径159~325mm，壁厚为4~6mm，在焊接过程中通常焊接1~2层就能达到焊缝高度。针对此特点，在采用GMAW-A焊接方法时选取单面焊双面成形工艺，此工艺在焊接过程中第一层焊缝重点控制背面成形，焊接时采用下坡焊，焊枪在2点~2点半位置，加工V形坡口，坡口角度60°±5°，装配间隙3~5mm。焊接设备采用钢管焊接专机（见图1），单端焊接。焊接参数如表1所示。

图1

（2）GMAW-A双面焊接工艺钢管直径为273~660mm，壁厚为7~12mm，在焊接过程中一般都需要焊接3~4层才能达到焊缝高度，为保证焊接质量，采用GMAW-A双面焊接工艺，即先进行封底焊接，焊缝清根处理后，再进行正面（外焊缝）多层焊接。加工V形坡口，坡口角度60°±5°，装配间隙1~3mm。焊接设备采用唐山开元研制的钢管法兰组焊生产线（见图2），可以进行两端同时焊接，焊接效率能够得到提高。焊接参数如表2所示。

（3）S AW焊接工艺钢管直径480~965m m，壁厚为14~22mm，由于钢管壁较厚，加工V形坡口，采用GMAW方法多层焊时，一般在5层以上，焊接效率就不占优势了。而采用SAW工艺能提高焊接效率。板厚在16mm以下采用I形坡口，板厚超过16mm时采用大钝边V形坡口，钝边尺寸为6~10mm。I形坡口时焊缝内外各焊接1层，V形坡口时内焊1层，外焊1~3层。焊接设备采用埋弧焊环缝焊接专机（见图3）。采用的焊接参数如表3所示。

（4）GMAW+SAW组合焊接工艺钢管直径426~660mm，壁厚为8~1 6 m m，采用GMAW+SAW组合焊接工艺焊接效率提高更加明显，能够充分发挥设备的使用效率。焊接时GMAW焊接正面（即外焊缝），采用唐山开元钢管法兰组焊生产线，双端同时焊接；SAW焊接背面（即内焊缝），采用埋弧焊接专机，双端同时焊接。焊缝成形如图4所示，焊接参数如表4所示。

表1 单面焊双面成形焊接参数

焊接方法母材材质焊丝型号焊丝直径/mm 保护气体电源极性GMAW-A Q345 ER50-6 1.2 80%Ar+20%CO2直流反接焊接层次焊接速度/mm·min-1起弧焊接收弧起弧焊接收弧焊接电流/A 电弧电压/V 摆幅/mm摆速(示值)1 100~120 120~150 120~140 18~20 18~20 18~20 4~6 6~8 150~180 2 170~190 200~240 190~210 19~22 20~22 18~20 8~10 24~26 80~100

表2 双面焊接参数

焊接方法母材材质焊丝型号焊丝直径保护气体电源极性GMAW-A Q345 ER50-6 1.2mm 80%Ar+20%CO2直流反接焊接层次焊接速度/mm·min-1起弧焊接收弧起弧焊接收弧焊接电流/A 电弧电压/V 摆幅mm摆速/mm·min-1 1（封底）150~170 150~170 110~130 18~20 17~19 17~19 8~10 1000~1300 150~170 2 180~200 210~230 230~250 22~24 25~27 26~28 2~41200~1400 280~310 3 180~200 230~250 230~250 22~24 25~27 26~28 5~71700~2000 240~260 4 180~200 230~250 230~250 22~24 25~27 26~28 8~10 2600~2800 210~230

图2

图3

表3 埋弧焊焊接参数

焊接方法母材材质焊丝型号焊丝直径/mm 焊剂焊接层次焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/mm·min-1 SAW Q345 H08MnA 4.0 SJ101 1 540~560 42~44 300~350 2 620~640 41~43 300~350

3. 焊接工艺分析与应用

图4

表4 GMA W+SAW焊接参数

焊接方法母材材质焊丝（焊剂）型号焊丝直径/mm 保护气体电源极性GMAW-A Q345 ER50-6 1.2 80%Ar+20%CO2 直流反接SAW H08MnA-SJ101 4.0 —焊接层次焊接电流/A 电弧电压/V 摆幅/mm焊接速度/mm·min-1起弧焊接收弧起弧焊接收弧摆速/mm·min-1 1 150~170 150~170 110~130 18~20 18~19 17~19 8~10 1000~1300 150~170 2 180~200 210~230 230~250 22~24 25~27 25~27 2~4 1200~1400 280~310 3 180~200 230~250 230~250 22~24 25~27 25~27 5~7 1700~2000 240~260 4(SAW)—520~560— —36~38— — — 300~350

以上焊接工艺，经过几年的实践应用，焊接质量均能得到保证，一次交检合格率均达到98%以上，但在焊接效率及焊接范围上差别很大。GMAW-A单面焊双面成形工艺焊接小直径钢管时焊接效率高，大直径厚壁钢管需要多层多道焊接，焊接效率低，同时对装配要求及人员技能要求高；GMAW-A双面焊接，由于需要对封底焊缝清根处理，焊接投入辅助工时量大，虽然能双端焊接，但是总体焊接效率低；SAW焊接效率高，特别是采用I形坡口，不需要清根，内外双面各焊接一层就能达到质量要求，但是焊接厚壁钢管采用多层焊时焊接效率不明显，单层焊时焊接热输入大，不适用高强钢焊接；GMAW+SAW组合焊接工艺适用钢管直径范围广，GMAW焊接正面热输入小，适用于各种材质的钢材，同时采用唐山开元钢管法兰组焊生产线，能够双端同时焊接，提高焊接效率，SAW焊接内缝，由于焊接熔深大，不需要清根，一次就能焊透，能够保证焊接质量，又能充分发挥设备的使用效能，值得推广应用。

我国现阶段在建筑工程招标评标工作中采用的主要是清单计价方法，但是在目前颁布的计价定额以及清单计价规范中均不包括装配式建筑的分项分布工程的特征描述、工程计算以及项目划分等内容。同时，由于装配式建筑是一种新型建筑工艺，开发商在这方面的经验不足，只能将投标方的普遍做法作为标准，造成工程项目在具体实施过程中具有很强的随意性。

我公司在前十条特高压工程建设中，钢管对接环焊缝焊接工艺应用情况如下：皖电东送工程和浙北-福州工程公司大量采用GMAW-A单面焊双面成形工艺和GMAW-A双面焊接工艺，在浙北-福州工程建设时，公司组织相关技术人员对SAW工艺进行了评定及试用；在淮南上工程、锡盟-山东及蒙西-天津南工程中大量采用埋弧焊接工艺；在此期间又对GMAW+SAW组合焊接工艺进行了研究及工艺评定，在后期榆横-潍坊、锡盟-胜利、临沂特高压工程中大量采用，逐步淘汰GMAW-A双面焊接工艺，同时研究GMAW+SAW组合焊接工艺在小直径钢管中的应用，采用细丝（φ1.6mm）埋弧焊，并取得了显著成效，同时研制了小直径钢管埋弧焊内焊专机，进行了焊接工艺评定，通过在北京西-石家庄工程中进行试用，效果良好。在后续特高压工程中将推广采用。

画像石、画像砖是秦汉时期独具特色的艺术品，是古代的艺术工匠们以刀代笔，在坚硬的石面、砖面上雕刻出的各种精美的图像，是用来装饰宫、庙、墓室等建筑的构件。有些画像石和画像砖上的图画看上去十分有趣，让人大开脑洞、浮想联翩……

（1）物流园区信息基础设施规划。物流园区信息基础设施规划主要包括通信基础设施和公共数据资源两大部分。一是完善园区通信基础设施建设，为企业提供高速、安全、便捷的通信网络接入服务；二是通过建设物流园区数据中心和大数据平台，为园区管理者、企业提供安全集约的数据存储、计算、共享等服务，汇聚区域物流信息资源，为开展物流大数据的分析、挖掘和运营提供支撑。