一种特高压输电钢管塔Q690高强钢钢管的焊接方法

摘要

本发明公开了一种特高压输电钢管塔Q690高强钢钢管的焊接方法，采用屈服强度Q690的低合金高强度钢板，厚度8～16mm，弯曲成具有纵缝的初成形钢管，开无钝边V形坡口，坡口角度50°-70°，间隙1-5mm；层间温度150-250℃；采用单面双丝TIG焊打底焊接，ER110S-G实芯焊丝；电压12-14V，电流80-100A，焊接速度10-15cm/min，热输入4.5-6.0kJ/cm；填充焊采用CO2自动焊，ER80-G气体保护用实芯焊丝，电压16-17V，电流110-125A，焊接速度20-35cm/min，热输入6.0-8.0kJ/cm；盖面焊采用自动MAG焊，用ER80-G焊丝和SJ101焊剂，焊接电压23-26V，焊接电流200-250A，焊接速度30-50cm/min，热输入7-9kJ/cm；环境温度≥20℃时，不需焊后热处理；低于20℃时，焊后保温缓冷。本发明通过焊接方式和焊接材料的选择，提高了Q690钢焊缝的韧性和质量，提高了焊接的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种特高压输电钢管塔Q690高强钢钢管的焊接方法，属于钢铁材料焊接技术 领域。

背景技术

在电网建设中，采用Q690钢管塔可有效降低塔重，对于大负荷线路工程，主材采用Q690 钢管代替Q345普通钢管时，塔身可节省钢材30％～45％，整塔减轻13％～22％；同时可减小杆塔 根开，压缩线路走廊宽度，减少拆迁、植被破坏和林木砍伐，有利于节约资源和环境保护， 具有显著的经济效益和社会效益。

但受设计方法、生产及加工工艺等技术难题的影响，Q690钢管塔的推广应用仍存在一些 困难。在特高压钢管塔的生产过程中，焊接是Q690钢加工技术的一个主要方面，但Q690属于 低合金高强钢，在焊接过程中，热影响区容易形成淬火组织—马氏体，使近缝区的硬度提高， 塑性下降，导致焊后发生裂纹、层状撕裂，因此必须对Q690钢的焊接工艺进行试验研究，通 过合理的焊接材料选择和采用正确的焊接工艺参数，才能避免裂纹的产生。

《Q690钢管塔试验及工程应用》一书中，通过对8mm厚钢板对接接头的性能评定过程中， 全埋弧焊三层三道单面焊以及双面焊的拉伸、弯曲性能均合格，但其冲击性能一直是重点和 难点。主要原因是，埋弧焊打底热输入较大，使得晶粒粗化较严重，从而导致了接头的韧性 差。研究发现，由于埋弧焊的热输入较大，焊丝强度不达标、清根不彻底等原因导致裂纹和 冲击韧性下降。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种特高压输电钢管塔Q690高 强钢钢管的焊接方法，通过合理的焊接方式和焊接材料的选择，提高了Q690钢焊缝的韧性和 质量，同时提高了焊接的效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种特高压输电钢管塔Q690高强钢钢管的焊接方法，包括以下步骤：

(1)采用屈服强度Q690的低合金高强度钢板，厚度8～16mm，弯曲成具有纵缝的初成形 钢管，开无钝边V形坡口，坡口角度50°～70°坡口(单边25°～35°)，间隙1～5mm；

(2)当焊接环境温度为20℃以上时，不需预热；环境温度低于20℃的情况下，预热温度 为60～100℃；层间温度控制在150～250℃；

(3)采用单面双丝TIG焊打底焊接，采用ER110S～G实芯焊丝；电压12～14V，电流80～ 100A，焊接速度10～15cm/min，热输入4.5～6.0kJ/cm；

(4)填充焊采用CO₂自动焊，焊丝选用1.2mm的ER80～G气体保护用实芯焊丝，焊接电 压16～17V，电流110～125A，焊接速度20～35cm/min，热输入6.0～8.0kJ/cm；

(5)盖面焊采用自动MAG焊(80％Ar+20％CO₂)，焊接材料选用ER80～G焊丝和SJ101焊剂， 焊接电压23～26V，焊接电流200～250A，焊接速度30～50cm/min，热输入7～9kJ/cm；

(6)环境温度为20℃以上时，不需焊后热处理；环境温度低于20℃的情况下，焊后采用 石棉覆盖焊接接头位置，保温缓冷。

步骤(1)中，坡口角度优选为60°，间隙优选为3mm；

本发明的有益效果在于：

(1)本发明针对Q690的低合金高强度焊接中的问题，通过双丝TIG焊打底焊接与CO₂自动 焊填充，盖面焊采用自动MAG焊(80％Ar+20％CO₂)相结合的方法有效提高了Q690钢焊缝的韧性 和质量，采用自动化焊接填充和盖面焊接同时提高了生产效率，有利Q690在特高压钢管塔中 的推广应用。

(2)依据《焊接接头冲击试验方法》(GB/T2650-2008)和《金属材料夏比摆锤冲击试 验方法》(GB/T229-2007)对本发明的焊接试件进行检测，结合实际板厚，采用对接接头焊 接试板，冲击试样的缺口面平行于试板表面，冲击试验取样的试件形状及尺寸如图1所示。结 果显示焊接接头的冲击韧性较好，而且焊接方法简单，具有很强的实用性。

附图说明

图1为对接接头夏比V形缺口冲击试件形状及尺寸；其中，RL：焊缝中心线；a：分别选取 0,1,2；t：板厚为8mm时选7.5，其它板厚则选8；b:试块与表面距离，大于0.2mm。

图2为本发明所采用的三层四道焊道分布；其中，1为打底焊，2为填充焊道，3为盖面焊 道。

具体实施方式

结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明， 并不对其内容进行限定。

实施例1：

厚度为8mm的屈服强度Q690的低合金高强度钢板对接焊。

(1)焊接设备及焊接材料

打底焊采用WSM-200脉冲氩弧焊机，CO₂填充焊焊接设备选用动态性良好的NB-350二氧 化碳逆变式焊机,盖面焊采用DC1000自动埋弧焊机。单面双丝TIG焊采用1.2mm>2自动焊采用1.2mm的ER80～G气体保护用实芯焊丝，自动MAG焊采用ER80～ G焊丝和SJ101焊剂；焊前去除焊丝表面的油、锈等脏物。

(2)焊前准备

对屈服强度Q690的低合金高强度钢板，厚度8mm，弯曲成具有纵缝的初成形钢管，开无 钝边V形坡口，坡口角度50°坡口(单边25°)，间隙3mm；将坡口及坡口两侧接头处15mm 范围内的锈蚀、油垢等清理干净，直至露出金属光泽。

(3)焊接工艺及参数

1)在焊接环境温度不低于20℃不预热的条件下施焊，采用单面双丝TIG焊打底焊接，采 用ER110S～G实芯焊丝，焊丝直径为1.2mm；电压13V，电流90A，焊接速度12cm/min，热输 入5.0kJ/cm；

2)填充焊采用CO₂自动焊，焊丝选用1.2mm的ER80～G气体保护用实芯焊丝，焊接电压 16V，电流120A，焊接速度30cm/min，热输入7.0kJ/cm；

3)盖面焊采用自动MAG焊(80％Ar+20％CO₂)，焊接材料选用ER80～G焊丝，焊丝直径为1.6mm，和SJ101焊剂，焊接电压25V，焊接电流230A，焊接速度40cm/min，热输入8kJ/cm；

4)焊后不需热处理。

实施例2：

厚度为12mm的屈服强度Q690的低合金高强度钢板对接焊。

(1)焊接设备及焊接材料

打底焊采用WSM-200脉冲氩弧焊机，CO₂填充焊焊接设备选用动态性良好的NB-350二氧 化碳逆变式焊机,盖面焊采用DC1000自动埋弧焊机。单面双丝TIG焊采用1.2mmER110S～G 实芯焊丝，CO₂自动焊采用1.2mm的ER80～G气体保护用实芯焊丝，自动MAG焊采用ER80～ G焊丝和SJ101焊剂；焊前去除焊丝表面的油、锈等脏物。

(2)焊前准备

对屈服强度Q690的低合金高强度钢板，厚度12mm，弯曲成具有纵缝的初成形钢管，开 无钝边V形坡口，坡口角度60°坡口(单边30°)，间隙1mm；将坡口及坡口两侧接头处15mm 范围内的锈蚀、油垢等清理干净，直至露出金属光泽。

(3)焊接工艺及参数：

1)焊接环境温度为15℃，预热温度为60℃，层间温度控制在150～250℃；

2)采用单面双丝TIG焊打底焊接，采用ER110S～G实芯焊丝；电压12V，电流80A，焊接 速度10cm/min，热输入4.5kJ/cm；

3)填充焊采用CO₂自动焊，焊丝选用1.2mm的ER80～G气体保护用实芯焊丝，焊接电 压17V，电流110A，焊接速度20cm/min，热输入6.0kJ/cm；

4)盖面焊采用自动MAG焊(80％Ar+20％CO₂)，焊接材料选用ER80～G焊丝和SJ101焊剂， 焊接电压23V，焊接电流200A，焊接速度30cm/min，热输入7kJ/cm；

5)焊后采用石棉覆盖焊接接头位置，保温缓冷。

实施例3：

厚度为16mm的屈服强度Q690的低合金高强度钢板对接焊。

(1)焊接设备及焊接材料

打底焊采用WSM-200脉冲氩弧焊机，CO₂填充焊焊接设备选用动态性良好的NB-350二氧 化碳逆变式焊机,盖面焊采用DC1000自动埋弧焊机。单面双丝TIG焊采用1.2mmER110S～G 实芯焊丝，CO₂自动焊采用1.2mm的ER80～G气体保护用实芯焊丝，自动MAG焊采用ER80～ G焊丝和SJ101焊剂；焊前去除焊丝表面的油、锈等脏物。

(2)焊前准备

对屈服强度Q690的低合金高强度钢板，厚度16mm，弯曲成具有纵缝的初成形钢管，开 无钝边V形坡口，坡口角度70°坡口(单边35°)，间隙5mm；将坡口及坡口两侧接头处15mm 范围内的锈蚀、油垢等清理干净，直至露出金属光泽。

(3)焊接工艺及参数：

1)焊接环境温度为15℃，预热温度为100℃，层间温度控制在150～250℃；

2)采用单面双丝TIG焊打底焊接，采用ER110S～G实芯焊丝；电压14V，电流100A，焊接 速度15cm/min，热输入6.0kJ/cm；

3)填充焊采用CO₂自动焊，焊丝选用1.2mm的ER80～G气体保护用实芯焊丝，焊接电压 17V，电流125A，焊接速度35cm/min，热输入8.0kJ/cm；

4)盖面焊采用自动MAG焊(80％Ar+20％CO₂)，焊接材料选用ER80～G焊丝和SJ101焊剂， 焊接电压26V，焊接电流250A，焊接速度50cm/min，热输入9kJ/cm；

5)焊后采用石棉覆盖焊接接头位置，保温缓冷。

实施例4：

冲击韧性试验：

(1)试样制备：从实施例1～3的焊接接头处取样，加工成10mm×10mm×55mm的试样， 通过电化学腐蚀显示出接头的热影响区，然后加工成标准的冲击试样。

(2)试验方法：按照GB/T2650-2008《焊接接头冲击试验方法》对实施例的对接接头 进行焊接接头冲击试验；按照GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行韧 性测试。

(3)试验结果见下表。

试样 尺寸/mm 试验温度/℃ 冲击吸收功Akv/J 实施例1 10mm×10mm×55mm -20 118.5 实施例2 10mm×10mm×55mm -20 110.8 实施例3 10mm×10mm×55mm -20 97.7

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属 领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性 劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。