專利名稱：一種特高壓輸電鋼管塔q460高強(qiáng)鋼鋼管的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)鋼鋼管的焊接方法。
背景技術(shù)：
特高壓輸電技術(shù)具有超遠(yuǎn)距離送電，超大容量和低損耗的特點(diǎn)，是近年來得以快速發(fā)展的輸電技術(shù)，建設(shè)特高壓電網(wǎng)也被認(rèn)為是滿足未來持續(xù)增長的電力 需求的根本保障。然而，隨著特高壓輸電線路輸送能力和電壓等級的提高，輸電鐵塔的荷載和塔重不斷增加，對輸電鐵塔的承載能力提出了更高要求，因此基于傳統(tǒng)低合金高強(qiáng)鋼(屈服強(qiáng)度(345MPa)鋼材制造的角鋼塔已經(jīng)難以滿足需要，亟需開發(fā)新型高強(qiáng)鋼鐵塔。高強(qiáng)鋼鋼管塔由于具有承受風(fēng)壓小，截面抗彎剛度大，結(jié)構(gòu)簡潔等特點(diǎn)，同角鋼塔相比具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，尤其適用于承受大荷載的輸電鐵塔結(jié)構(gòu)，在特高壓輸電鐵塔領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。此外，隨著鋼鐵制造技術(shù)的發(fā)展，各種新型合金化和軋制工藝的采用促進(jìn)了 Q460等級高強(qiáng)鋼在特高壓輸電鐵塔制造領(lǐng)域的應(yīng)用。相比較傳統(tǒng)強(qiáng)度等級鋼材，特高壓輸電鐵塔采用Q460高強(qiáng)鋼不僅可以增加鐵塔的負(fù)載能力，而且可以有效減輕塔材重量8-12%，節(jié)省整體造價(jià)5%-8%。Q460高強(qiáng)鋼鋼管是特高壓輸電鋼管塔的直接構(gòu)成部件，它可分為無縫鋼管和縱縫焊管。相比較無縫鋼管，采用縱縫焊管的方法制造鋼管具有更加明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。因此對于特高壓輸電鋼管塔大量使用的Q460鋼管，經(jīng)卷制后采用縱縫焊管工藝制造被認(rèn)為是最為經(jīng)濟(jì)、高效的制造方法。Q460鋼強(qiáng)度較高，而且含有Nb，V等微合金化元素，具有一定的冷裂傾向。從強(qiáng)度角度考慮，焊縫金屬需有同Q460母材相匹配的強(qiáng)度，而且還應(yīng)兼顧韌性。在焊接熱輸入的選擇上，也應(yīng)使熱影響區(qū)具有滿足使用要求的韌性，盡量避免熱影響區(qū)粗晶區(qū)由于晶粒長大造成的韌性急劇下降。此外，Q460鋼管焊接時(shí)根部質(zhì)量控制是整個(gè)鋼管性能的關(guān)鍵因素，鋼管在卷制預(yù)成型之后，具有較高的拘束度，如果焊接工藝選擇不當(dāng)，容易在焊縫根部應(yīng)力集中處產(chǎn)生裂紋。因此只有通過合理的焊接材料選擇和焊接工藝的采用才可高效率制備性能優(yōu)良的Q460高強(qiáng)鋼鋼管。發(fā)明專利《輸電鐵塔用新型Q460鋼的焊接方法》提出了采用手工焊條電弧焊J607焊條和CO2氣體保護(hù)焊JM60焊絲的方式焊接新型Q460高強(qiáng)鋼，然而該發(fā)明專利提出的方法具有生產(chǎn)效率較低的缺點(diǎn)，難以應(yīng)用于高強(qiáng)鋼鋼管的大范圍生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種特高壓輸電鋼管塔Q460高強(qiáng)鋼鋼管的焊接方法，通過合理的焊接方法和焊接材料的選擇，實(shí)現(xiàn)屈服強(qiáng)度達(dá)460MPa級鋼管優(yōu)質(zhì)、高效焊接制造，既保證了質(zhì)量又提高了效率。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種特高壓輸電鋼管塔Q460高強(qiáng)鋼鋼管的焊接方法，包括步驟如下
(I)采用屈服強(qiáng)度460MPa級低合金高強(qiáng)鋼板，兩邊打磨成機(jī)械加工坡口角度為25° -35°、鈍邊為的單面坡口，彎曲成具有縱縫的初成型鋼管，縱縫間隙lmm-5mm ；(2)當(dāng)施焊環(huán)境溫度彡0° C時(shí)焊前不預(yù)熱，當(dāng)環(huán)境溫度低于0° C時(shí)預(yù)熱溫度為40-50° C，層間溫度控制在50-350° C;(3)對焊縫進(jìn)行打底層焊接，CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，采用JM68焊絲，焊接電流120A-300A ;焊接電壓18V-25V，焊接速度O. 002m/s-0. 004m/s，焊接線能量范圍為5KJ/cm_30KJ/cm ；(4)填充和蓋面采用埋弧自動(dòng)焊連續(xù)施焊，選擇CHW-S9埋弧焊焊絲，SJlOl焊劑，焊接電流450A-700A，焊接電壓26-35V，焊接速度O. 006m/s-0. 01m/h,焊接線能量12-50KJ/cm ；
(5)環(huán)境溫度彡0° C時(shí)，焊后無需進(jìn)行熱處理，當(dāng)環(huán)境溫度<0° C時(shí)，焊后采用 石棉覆蓋焊接接頭位置，保溫緩冷。所述的特高壓輸電鋼管塔Q460高強(qiáng)鋼鋼管的焊接方法，優(yōu)選步驟如下(I)采用屈服強(qiáng)度460MPa級低合金高強(qiáng)鋼板，兩邊打磨成機(jī)械加工坡口角度為25°、鈍邊為的單面坡口，彎曲成具有縱縫的初成型鋼管，縱縫間隙3mm ；(2)預(yù)熱至溫度為50° C;(3)對焊縫進(jìn)行打底層焊接，CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，采用直徑I. 2mm的JM68焊絲，焊接電流160A ;焊接電壓21V，焊接速度O. 002m/s，焊接線能量范圍為16. 8KJ/cm ；(4)填充和蓋面采用埋弧自動(dòng)焊連續(xù)施焊，選擇直徑3. 2mm的CHW-S9埋弧焊焊絲，SJlOl焊劑，焊接電流600A，焊接電壓33V，焊接速度O. 006m/h，焊接線能量33KJ/cm ；(5)環(huán)境溫度彡0° C時(shí)，焊后無需進(jìn)行熱處理，當(dāng)環(huán)境溫度<0° C時(shí)，焊后采用石棉覆蓋焊接接頭位置，保溫緩冷。上述特高壓輸電鋼管塔Q460高強(qiáng)鋼鋼管的焊接方法中，步驟(2)中預(yù)熱時(shí)層間溫度控制在50-350° C。步驟(3)所述的打底層焊接1-2層。本發(fā)明的有益效果是(I)用CO2氣體保護(hù)焊，JM68焊絲進(jìn)行打底焊，充分利用CO2氣體保護(hù)焊低氫，電弧能量密度高的特點(diǎn)，減小焊接接頭冷裂傾向并保證根部焊接質(zhì)量。所采用的JM68焊絲由于含有少量晶粒細(xì)化元素Ti，還可達(dá)到提高焊縫韌性目的。(2)填充和蓋面采用CHW-S9焊絲，SJlOl焊劑自動(dòng)埋弧焊焊接，充分發(fā)揮埋弧焊熔敷效率高，焊接速度快的特點(diǎn)，提高生產(chǎn)效率。本專利可達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高效、低成本焊接制造輸電線路Q460高強(qiáng)鋼鋼管目的，對獲得力學(xué)性能優(yōu)良的Q460高強(qiáng)鋼鋼管，促進(jìn)特高壓輸電線路發(fā)展具有重要意義。(3)通過本發(fā)明所選擇的焊接材料、焊接方法和焊接參數(shù)，可以使得焊接接頭性能同Q460鋼達(dá)到合理匹配。而且在所選擇的埋弧焊工藝參數(shù)范圍內(nèi)，熱輸入并不會造成熱影響區(qū)粗晶區(qū)韌性的過度下降，所制備的接頭滿足使用條件下對強(qiáng)度和韌性的要求。本發(fā)明針對Q460高強(qiáng)鋼鋼管焊接中的問題通過CO2氣體保護(hù)焊與JM68焊絲、合理的焊接參數(shù)選擇相結(jié)合，以及CO2氣體保護(hù)焊與CHW-S9焊絲、SJlOl焊劑自動(dòng)埋弧焊焊接相結(jié)合提1 焊縫朝性和質(zhì)量，同時(shí)提1 了生廣效率，有利于大規(guī)I旲生廣。


圖I坡口形狀示意圖；圖2彎曲試樣圖片；圖3實(shí)施例I得到的產(chǎn)品拉伸試樣圖片；圖4對比例中焊縫橫斷面；其中，I.坡口角度，2.縱縫間隙，3.鈍邊。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明。實(shí)施例I (I)選擇Nb微合金化控軋Q460低合金高強(qiáng)鋼，鋼板厚度為12mm。機(jī)加工坡口角度為30 °，鈍邊2mm，坡口間隙2mm。(2)焊接時(shí)環(huán)境溫度為20°，不進(jìn)行焊前預(yù)熱，層間溫度控制在100-300° C。(3)打底焊采用直徑I. 2mm的JM68焊絲，CO2氣體保護(hù)焊連續(xù)施焊，焊接電流為160A，電壓為21V，焊接速度O. 002m/s，焊接線能量為16. 8KJ/cm，打底焊焊接I層。(4)選擇CHW-S9埋弧焊絲，SJlOl焊劑，埋弧自動(dòng)焊連續(xù)施焊完成填充和蓋面焊接，選擇直徑3. 2mm焊絲，焊接電流600A，焊接電壓33V，焊接速度O. 006m/s，焊接線能量為33KJ/cm，焊接層數(shù)為I層。(5)焊后不進(jìn)行熱處理。通過對上述工藝制備焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能測試，制備焊接接頭抗拉強(qiáng)度為555MPa，斷裂位置為母材和熱影響區(qū)處，如圖2所示。180°面彎及背彎試樣無裂紋等缺陷產(chǎn)生，如圖3所示。采用IOmmX IOmmX55mm試樣進(jìn)行沖擊韌性試驗(yàn)表明焊縫金屬?zèng)_擊功為61J，熔合區(qū)沖擊功為143J，熱影響區(qū)沖擊功為250J。綜合測試結(jié)果表明所制備的焊接接頭具有良好的力學(xué)性能。實(shí)施例2(I)選擇Nb微合金化控軋Q460低合金高強(qiáng)鋼，鋼板厚度為12mm。機(jī)加工坡口角度為30 °，鈍邊2mm，坡口間隙2mm。(2)焊接時(shí)環(huán)境溫度為20°，不進(jìn)行焊前預(yù)熱，層間溫度控制在100-300° C。(3)打底焊采用直徑I. 2mm的JM68焊絲，CO2氣體保護(hù)焊連續(xù)施焊，焊接電流為200A，電壓為25V，焊接速度O. 003m/s，焊接線能量為16. 7KJ/cm，打底焊焊接I層。(4)選擇CHW-S9埋弧焊絲，SJlOl焊劑，埋弧自動(dòng)焊連續(xù)施焊完成填充和蓋面焊接，選擇直徑3. 2mm焊絲，焊接電流650A，焊接電壓34V，焊接速度O. 008m/s，焊接線能量為27. 6KJ/cm，焊接層數(shù)為I層。(5)焊后不進(jìn)行熱處理。對比例采用CO2氣體保護(hù)焊JM68焊絲對相同規(guī)格鋼管進(jìn)行焊接時(shí)，在保證焊縫質(zhì)量的前提下需要焊接3層5道，焊接效率明顯較低，對比例焊縫橫截面如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種特高壓輸電鋼管塔Q460高強(qiáng)鋼鋼管的焊接方法，其特征是，包括步驟如下 (O采用屈服強(qiáng)度460MPa級低合金高強(qiáng)鋼板，兩邊打磨成機(jī)械加工坡口角度為25° -35°、鈍邊為的單面坡口，彎曲成具有縱縫的初成型鋼管，縱縫間隙lmm-5mm ； (2)當(dāng)施焊環(huán)境溫度>0°C時(shí)焊前不預(yù)熱，當(dāng)環(huán)境溫度低于0° C時(shí)預(yù)熱溫度為40-50° C，層間溫度控制在50-350° C; (3)對焊縫進(jìn)行打底層焊接，CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，采用JM68焊絲，焊接電流120A-300A ;焊接電壓18V-25V，焊接速度O. 002m/s-0. 004m/s,焊接線能量范圍為5KJ/cm_30KJ/cm ； (4)填充和蓋面采用埋弧自動(dòng)焊連續(xù)施焊，選擇CHW-S9埋弧焊焊絲，SJlOl焊劑，焊接電流450A-700A，焊接電壓26-35V，焊接速度O. 006m/s_0. 01m/h，焊接線能量12_50KJ/cm ； (5)環(huán)境溫度彡0°C時(shí)，焊后無需進(jìn)行熱處理，當(dāng)環(huán)境溫度<0° C時(shí)，焊后采用石棉覆蓋焊接接頭位置，保溫緩冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種特高壓輸電鋼管塔Q460高強(qiáng)鋼鋼管的焊接方法，其特征是，包括步驟如下 (1)采用屈服強(qiáng)度460MPa級低合金高強(qiáng)鋼板，兩邊打磨成機(jī)械加工坡口角度為25°、鈍邊為的單面坡口，彎曲成具有縱縫的初成型鋼管，縱縫間隙3mm ； (2)預(yù)熱至溫度為50°C; (3)對焊縫進(jìn)行打底層焊接，CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，采用直徑I.2mm的JM68焊絲，焊接電流160A ;焊接電壓21V，焊接速度O. 002m/s，焊接線能量范圍為16. 8KJ/cm ； (4)填充和蓋面采用埋弧自動(dòng)焊連續(xù)施焊，選擇直徑3.2mm的CHW-S9埋弧焊焊絲，SJlOl焊劑，焊接電流600A，焊接電壓33V，焊接速度O. 006m/h，焊接線能量33KJ/cm ； (5)環(huán)境溫度≥0°C時(shí)，焊后無需進(jìn)行熱處理，當(dāng)環(huán)境溫度<0° C時(shí)，焊后采用石棉覆蓋焊接接頭位置，保溫緩冷。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種特高壓輸電鋼管塔Q460高強(qiáng)鋼鋼管的焊接方法，其特征是，步驟(3)所述的打底層焊接1-2層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特高壓輸電鋼管塔Q460高強(qiáng)鋼鋼管的焊接方法，采用屈服強(qiáng)度460MPa級低合金高強(qiáng)鋼板，兩邊打磨成單面坡口，彎曲成具有縱縫的初成型鋼管，對焊縫進(jìn)行打底層焊接，CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，采用JM68焊絲；填充和蓋面采用埋弧自動(dòng)焊連續(xù)施焊，選擇CHW-S9埋弧焊焊絲，SJ101焊劑。本發(fā)明針對Q460高強(qiáng)鋼鋼管焊接中的問題通過CO2氣體保護(hù)焊與JM68焊絲、合理的焊接參數(shù)選擇相結(jié)合，以及CO2氣體保護(hù)焊與CHW-S9焊絲、SJ101焊劑自動(dòng)埋弧焊焊接相結(jié)合提高焊縫韌性和質(zhì)量，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號B23K9/095GK102886593SQ20121039562
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者杜寶帥, 張忠文, 李新梅 申請人:山東電力集團(tuán)公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司