摘要：近年来，随着高压输变电技术的飞速发展，高压铁塔也开始在全国范围内推广应用。从经济性和承载能力等方面考虑，制造高压铁塔需要采用低合金高强钢。但是，低合金高强钢由于其材质特性所限导致其焊后焊接接头产生裂纹的倾向较大、焊接接头性能的劣化等缺陷对该钢种的应用与推广极为不利。因此，这就对焊接工艺有很高的要求，文章就此展开分析。
关键词：高压铁塔；低合金高强钢；焊接工艺
进入世纪以来，随着我国经济的迅速发展，电力需求也不断增长，电力事业进入了黄金发展时期，电网改造加快、升级增速，在土地资源紧缺以及环保要求提高的现实约束下，大容量、高电压、多回路和紧凑型输电线路成为输电线路的发展趋势。在一些重大的自然灾害面前，由于钢材强度不够，塔身又偏重等原因，导致输电铁塔难以承受如此重荷纷纷倒塌，严重影响了居民的正常生活及社会生产活动。因此，铁塔制造过程中采用低合金高强度钢材便成为一项较为急迫的任务。
一、影响低合金高强钢焊接性的合金元素
碳是起强化作用的主要元素，在提高钢的淬硬性和强度方面作用显著。但是，在钢中碳含量增加的同时，钢的塑性、韧性、耐腐蚀性变差，焊缝热裂倾向性和焊接热影响区冷裂倾向性增大。就可焊性而言，低合金结构钢碳含量越低越好。常用低合金结构钢的含碳量均低于，以保证其可焊性和综合机械性能优良。在低合金高强钢的合金家族中，锰占有非常重要的地位。锰与铁形成固溶体的同时对钢的强度和硬度也有明显的改善作用。但锰含量过高时，钢的晶粒粗化、回火脆性增加等现象明显。在焊接过程中，锰还起脱硫作用，降低硫的有害影响。对含碳量低于的低合金高强钢，为保证其有良好的焊接性，锰含量应控制在以内。磷的作用是提高钢的强度和耐腐蚀性能，但对钢的冷脆性和热脆性也有较大的促进作用，焊接裂纹较易产生，破坏了钢的可焊性。就获得优质焊接接头而言，钢中磷含量应尽量少。硫会增加钢的热脆性，易使焊缝产生气孔和热裂纹，是有害杂质。铁在提高钢的强度，细化晶粒，提高韧性，降低淬硬倾向和焊接裂纹生成倾向，弱化硫偏析方面有较好的影响。钒在钢中起着强化作用，可提高钢的低温韧性和强度，也可细化晶粒，降低热影响区的过热敏感性，阻止热影响区金属晶粒长大，从而极大改善了低合金高强钢的过热敏感性。钢中钥的作用是提高硬度和强度，细化晶粒，防止回火脆性和过热倾向。含铂量低于时，降低裂纹生成倾向，改善钢的塑性。妮能改善钢的强度，阻止晶粒长大，降低钢的冷裂倾向。镍在钢中改善钢材耐腐蚀性，提高强度，使晶粒细化，改善钢的低温性能尤其是韧性，而对钢的可焊性没有影响。铬在改善钢的抗氧化性能和耐腐蚀性能方面作用突出。在低合金高强钢中铬能提高强度、硬度与塑性。铜是提高钢强度和硬度的元素。当钢中含铜量较低时，能提高钢的韧性，但这是以牺牲塑性为代价的。只有当含铜量低于时，铜才对钢的焊接性无影响。稀土能提高钢的冲击韧性和塑性，也能在焊接过程中起脱氧、脱硫、除气、减少夹渣和细化晶粒的作用
二、高压铁塔用低合金高强钢焊接工艺分析
（一）高压铁塔用低合金高强钢对焊接工艺的要求
根据高压铁塔的实际使用条件和需要，对低合金高强钢的焊接工艺提出了如下要求：1）焊接工艺要有利于防止低合金高强钢焊接裂纹、接头脆硬以及层状撕裂等焊接缺陷的产生；2）焊接工艺要尽量保证在不显著降低焊接接头的强度的前提下，尽可能的提高焊接接头的塑韧性；3）在基本满足使用要求的前提下，结合工厂生产的实际加工现状、技师的技能水平等情况，焊接工艺尽量简单、通用，应有助于提高工厂的生产效率、降低生产成本。
（二）低合金高强钢的焊接工艺
（1）常见的焊接方法
多年来，随着焊接理论的不断发展，焊接技术也不断完善，各种新的焊接方法层出不穷。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆常见的焊接方法有电弧焊氢弧焊、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）。选择合适的焊接方法是制定焊接工艺规范的第一步。选择焊接方法时首先应考虑焊接母材的性能特点，从适合此种材料的焊接方法中进行选择其次，结合焊接生产厂家的现有的设备条件，焊工的操作技能和现阶段的工艺水平选择工厂具备的、焊工能熟练操作的、预期能获得较高生产率和较好的焊接质量的焊接方法。
（2）焊接接头型式探讨
（1）对接接头。对接接头是在焊接中使用最多、最常见的一种接头型式。按照焊接件厚度的不同以及坡口准备情况的差异，对接接头一般分为字形坡口不开坡口接头、字形坡口接头、字形坡口接头、单字形坡口接头以及双字形坡口接头等几种接头。
（2）T字形接头。母材一端与另一母材一端构成直角或近似直角的接头称为T字形接头，这也是一种应用比较广泛的接头形式之一，尤其在船体结构中，70%以上的焊接接头都是采用T字形。T字形接头有I形、单边V形、K形以及双U形坡口。母材厚度在2-30mm的一般联接焊缝采用T字形接头，可不必开坡口。当T字形焊缝承受载荷时，应根据焊接母材和结构的强度要求选择适当的坡口，使接头焊透以保证接头强度满足要求。
（3）角接接头。两焊接母材端部构成的大于30°小于135°夹角的接头称为角接接头。这种角接接头有I形、单边V形、V形以及K形等四种型式。
（4）搭接接头。两母材部分重叠构成的接头即为搭接接头。搭接接头包括不开坡口、孔内角焊等几种形式。不开坡口的搭接接头的母材的厚度不能超过12mm圆孔内塞焊和长，其重叠部分不低于两母材端头厚度之和的2倍，且用双面焊接进行。这种接头的装配要求不高，且其具备较低的承载能力，故而多用于不太重要的焊接结构。
（5）搭接接头。两母材部分重叠构成的接头即为搭接接头。搭接接头包括不开坡口、圆孔内塞焊和长孔内角焊等几种形式。不开坡口的搭接接头的母材的厚度不能超过12mm，其重叠部分不低于两母材端头厚度之和的2倍，且用双面焊接进行。这种接头的装配要求不高，且其具备较低的承载能力，故而多用于不太重要的焊接结构。对于重叠面积部分较大的钢板，为了使结构强度满足要求可采用圆孔内塞焊和长孔内角焊。对于被焊结构狭小或密闭的焊接结构，此种方法尤为适用。根据板厚和实际的使用要求确定圆孔和长孔的数目。
（三）焊缝型式分析
根据不同的焊缝结合型式可以将焊缝分为对接焊缝、角接焊缝以及塞焊焊缝等几种型式。在对接焊缝中，其主要尺寸为焊缝高度、焊缝宽度和熔深。焊缝高度一般为0-3mm，但承受动载荷时焊缝高度为零;就焊缝宽度方面应保证每边覆盖宽度大于等于2-4mm；当焊缝为非熔透焊缝时，熔透深度应为母材厚度的0.7倍。将焊脚尺寸作为角焊缝的主要尺寸。
根据施焊时焊缝在空间所处位置的不同可以分为平焊缝、立焊缝、横焊缝和仰焊缝等几种形式。根据焊缝断续情况可以将焊缝分为断续焊缝和连续焊缝。在强度要求不高，不需密封的结构中可以采用断续焊缝（且断续焊缝只能用于此一情况）。断续焊缝又可细分为交错式和链状式两种形式。
总之，良好的焊接工艺是获得质量优良的低合金高强焊接接头的保证。根据特高压铁塔的实际使用条件和需要，其对低合金高强钢的焊接工艺提出了预防焊接缺陷、提高焊接接头塑韧性以及提高焊接生产效率、降低生产成本等三个方面的要求。
参考文献
[1]马银海,纳学军.低合金高强钢高压铁塔焊接工艺研究[J].科技视界,2012,06
[2]李锁牢,李明辉.特高压输电铁塔用Q420低合金高强钢焊接性能研究[J].热加工工艺,2017(09)
[3]王茂法.输电线路铁塔高强钢的应用于焊接技术[J].科技与企业,2013,08
论文作者:林利栋,吴顺兵
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/24
标签：铁塔论文; 低合金论文; 强度论文; 晶粒论文; 字形论文; 焊接工艺论文; 韧性论文; 《基层建设》2017年第9期论文;