专利名称：一种特高压输电钢管塔q460高强钢钢管的焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种高强钢钢管的焊接方法。
背景技术：
特高压输电技术具有超远距离送电，超大容量和低损耗的特点，是近年来得以快速发展的输电技术，建设特高压电网也被认为是满足未来持续增长的电力 需求的根本保障。然而，随着特高压输电线路输送能力和电压等级的提高，输电铁塔的荷载和塔重不断增加，对输电铁塔的承载能力提出了更高要求，因此基于传统低合金高强钢(屈服强度(345MPa)钢材制造的角钢塔已经难以满足需要，亟需开发新型高强钢铁塔。高强钢钢管塔由于具有承受风压小，截面抗弯刚度大，结构简洁等特点，同角钢塔相比具有明显的技术和经济优势，尤其适用于承受大荷载的输电铁塔结构，在特高压输电铁塔领域具有良好的应用前景。此外，随着钢铁制造技术的发展，各种新型合金化和轧制工艺的采用促进了 Q460等级高强钢在特高压输电铁塔制造领域的应用。相比较传统强度等级钢材，特高压输电铁塔采用Q460高强钢不仅可以增加铁塔的负载能力，而且可以有效减轻塔材重量8-12%，节省整体造价5%-8%。Q460高强钢钢管是特高压输电钢管塔的直接构成部件，它可分为无缝钢管和纵缝焊管。相比较无缝钢管，采用纵缝焊管的方法制造钢管具有更加明显的经济优势。因此对于特高压输电钢管塔大量使用的Q460钢管，经卷制后采用纵缝焊管工艺制造被认为是最为经济、高效的制造方法。Q460钢强度较高，而且含有Nb，V等微合金化元素，具有一定的冷裂倾向。从强度角度考虑，焊缝金属需有同Q460母材相匹配的强度，而且还应兼顾韧性。在焊接热输入的选择上，也应使热影响区具有满足使用要求的韧性，尽量避免热影响区粗晶区由于晶粒长大造成的韧性急剧下降。此外，Q460钢管焊接时根部质量控制是整个钢管性能的关键因素，钢管在卷制预成型之后，具有较高的拘束度，如果焊接工艺选择不当，容易在焊缝根部应力集中处产生裂纹。因此只有通过合理的焊接材料选择和焊接工艺的采用才可高效率制备性能优良的Q460高强钢钢管。发明专利《输电铁塔用新型Q460钢的焊接方法》提出了采用手工焊条电弧焊J607焊条和CO2气体保护焊JM60焊丝的方式焊接新型Q460高强钢，然而该发明专利提出的方法具有生产效率较低的缺点，难以应用于高强钢钢管的大范围生产。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种特高压输电钢管塔Q460高强钢钢管的焊接方法，通过合理的焊接方法和焊接材料的选择，实现屈服强度达460MPa级钢管优质、高效焊接制造，既保证了质量又提高了效率。本发明采取的技术方案为一种特高压输电钢管塔Q460高强钢钢管的焊接方法，包括步骤如下
(I)采用屈服强度460MPa级低合金高强钢板，两边打磨成机械加工坡口角度为25° -35°、钝边为的单面坡口，弯曲成具有纵缝的初成型钢管，纵缝间隙lmm-5mm ；(2)当施焊环境温度彡0° C时焊前不预热，当环境温度低于0° C时预热温度为40-50° C，层间温度控制在50-350° C;(3)对焊缝进行打底层焊接，CO2气体保护焊进行焊接，采用JM68焊丝，焊接电流120A-300A ;焊接电压18V-25V，焊接速度O. 002m/s-0. 004m/s，焊接线能量范围为5KJ/cm_30KJ/cm ；(4)填充和盖面采用埋弧自动焊连续施焊，选择CHW-S9埋弧焊焊丝，SJlOl焊剂，焊接电流450A-700A，焊接电压26-35V，焊接速度O. 006m/s-0. 01m/h,焊接线能量12-50KJ/cm ；
(5)环境温度彡0° C时，焊后无需进行热处理，当环境温度<0° C时，焊后采用 石棉覆盖焊接接头位置，保温缓冷。所述的特高压输电钢管塔Q460高强钢钢管的焊接方法，优选步骤如下(I)采用屈服强度460MPa级低合金高强钢板，两边打磨成机械加工坡口角度为25°、钝边为的单面坡口，弯曲成具有纵缝的初成型钢管，纵缝间隙3mm ；(2)预热至温度为50° C;(3)对焊缝进行打底层焊接，CO2气体保护焊进行焊接，采用直径I. 2mm的JM68焊丝，焊接电流160A ;焊接电压21V，焊接速度O. 002m/s，焊接线能量范围为16. 8KJ/cm ；(4)填充和盖面采用埋弧自动焊连续施焊，选择直径3. 2mm的CHW-S9埋弧焊焊丝，SJlOl焊剂，焊接电流600A，焊接电压33V，焊接速度O. 006m/h，焊接线能量33KJ/cm ；(5)环境温度彡0° C时，焊后无需进行热处理，当环境温度<0° C时，焊后采用石棉覆盖焊接接头位置，保温缓冷。上述特高压输电钢管塔Q460高强钢钢管的焊接方法中，步骤(2)中预热时层间温度控制在50-350° C。步骤(3)所述的打底层焊接1-2层。本发明的有益效果是(I)用CO2气体保护焊，JM68焊丝进行打底焊，充分利用CO2气体保护焊低氢，电弧能量密度高的特点，减小焊接接头冷裂倾向并保证根部焊接质量。所采用的JM68焊丝由于含有少量晶粒细化元素Ti，还可达到提高焊缝韧性目的。(2)填充和盖面采用CHW-S9焊丝，SJlOl焊剂自动埋弧焊焊接，充分发挥埋弧焊熔敷效率高，焊接速度快的特点，提高生产效率。本专利可达到优质、高效、低成本焊接制造输电线路Q460高强钢钢管目的，对获得力学性能优良的Q460高强钢钢管，促进特高压输电线路发展具有重要意义。(3)通过本发明所选择的焊接材料、焊接方法和焊接参数，可以使得焊接接头性能同Q460钢达到合理匹配。而且在所选择的埋弧焊工艺参数范围内，热输入并不会造成热影响区粗晶区韧性的过度下降，所制备的接头满足使用条件下对强度和韧性的要求。本发明针对Q460高强钢钢管焊接中的问题通过CO2气体保护焊与JM68焊丝、合理的焊接参数选择相结合，以及CO2气体保护焊与CHW-S9焊丝、SJlOl焊剂自动埋弧焊焊接相结合提1 焊缝朝性和质量，同时提1 了生广效率，有利于大规I旲生广。
图I坡口形状示意图；图2弯曲试样图片；图3实施例I得到的产品拉伸试样图片；图4对比例中焊缝横断面；其中，I.坡口角度，2.纵缝间隙，3.钝边。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
进一步说明。实施例I (I)选择Nb微合金化控轧Q460低合金高强钢，钢板厚度为12mm。机加工坡口角度为30 °，钝边2mm，坡口间隙2mm。(2)焊接时环境温度为20°，不进行焊前预热，层间温度控制在100-300° C。(3)打底焊采用直径I. 2mm的JM68焊丝，CO2气体保护焊连续施焊，焊接电流为160A，电压为21V，焊接速度O. 002m/s，焊接线能量为16. 8KJ/cm，打底焊焊接I层。(4)选择CHW-S9埋弧焊丝，SJlOl焊剂，埋弧自动焊连续施焊完成填充和盖面焊接，选择直径3. 2mm焊丝，焊接电流600A，焊接电压33V，焊接速度O. 006m/s，焊接线能量为33KJ/cm，焊接层数为I层。(5)焊后不进行热处理。通过对上述工艺制备焊接接头进行力学性能测试，制备焊接接头抗拉强度为555MPa，断裂位置为母材和热影响区处，如图2所示。180°面弯及背弯试样无裂纹等缺陷产生，如图3所示。采用IOmmX IOmmX55mm试样进行冲击韧性试验表明焊缝金属冲击功为61J，熔合区冲击功为143J，热影响区冲击功为250J。综合测试结果表明所制备的焊接接头具有良好的力学性能。实施例2(I)选择Nb微合金化控轧Q460低合金高强钢，钢板厚度为12mm。机加工坡口角度为30 °，钝边2mm，坡口间隙2mm。(2)焊接时环境温度为20°，不进行焊前预热，层间温度控制在100-300° C。(3)打底焊采用直径I. 2mm的JM68焊丝，CO2气体保护焊连续施焊，焊接电流为200A，电压为25V，焊接速度O. 003m/s，焊接线能量为16. 7KJ/cm，打底焊焊接I层。(4)选择CHW-S9埋弧焊丝，SJlOl焊剂，埋弧自动焊连续施焊完成填充和盖面焊接，选择直径3. 2mm焊丝，焊接电流650A，焊接电压34V，焊接速度O. 008m/s，焊接线能量为27. 6KJ/cm，焊接层数为I层。(5)焊后不进行热处理。对比例采用CO2气体保护焊JM68焊丝对相同规格钢管进行焊接时，在保证焊缝质量的前提下需要焊接3层5道，焊接效率明显较低，对比例焊缝横截面如图4所示。
权利要求
1.一种特高压输电钢管塔Q460高强钢钢管的焊接方法，其特征是，包括步骤如下 (O采用屈服强度460MPa级低合金高强钢板，两边打磨成机械加工坡口角度为25° -35°、钝边为的单面坡口，弯曲成具有纵缝的初成型钢管，纵缝间隙lmm-5mm ； (2)当施焊环境温度>0°C时焊前不预热，当环境温度低于0° C时预热温度为40-50° C，层间温度控制在50-350° C; (3)对焊缝进行打底层焊接，CO2气体保护焊进行焊接，采用JM68焊丝，焊接电流120A-300A ;焊接电压18V-25V，焊接速度O. 002m/s-0. 004m/s,焊接线能量范围为5KJ/cm_30KJ/cm ； (4)填充和盖面采用埋弧自动焊连续施焊，选择CHW-S9埋弧焊焊丝，SJlOl焊剂，焊接电流450A-700A，焊接电压26-35V，焊接速度O. 006m/s_0. 01m/h，焊接线能量12_50KJ/cm ； (5)环境温度彡0°C时，焊后无需进行热处理，当环境温度<0° C时，焊后采用石棉覆盖焊接接头位置，保温缓冷。
2.根据权利要求I所述的一种特高压输电钢管塔Q460高强钢钢管的焊接方法，其特征是，包括步骤如下 (1)采用屈服强度460MPa级低合金高强钢板，两边打磨成机械加工坡口角度为25°、钝边为的单面坡口，弯曲成具有纵缝的初成型钢管，纵缝间隙3mm ； (2)预热至温度为50°C; (3)对焊缝进行打底层焊接，CO2气体保护焊进行焊接，采用直径I.2mm的JM68焊丝，焊接电流160A ;焊接电压21V，焊接速度O. 002m/s，焊接线能量范围为16. 8KJ/cm ； (4)填充和盖面采用埋弧自动焊连续施焊，选择直径3.2mm的CHW-S9埋弧焊焊丝，SJlOl焊剂，焊接电流600A，焊接电压33V，焊接速度O. 006m/h，焊接线能量33KJ/cm ； (5)环境温度≥0°C时，焊后无需进行热处理，当环境温度<0° C时，焊后采用石棉覆盖焊接接头位置，保温缓冷。
3.根据权利要求I或2所述的一种特高压输电钢管塔Q460高强钢钢管的焊接方法，其特征是，步骤(3)所述的打底层焊接1-2层。
全文摘要
本发明涉及一种特高压输电钢管塔Q460高强钢钢管的焊接方法，采用屈服强度460MPa级低合金高强钢板，两边打磨成单面坡口，弯曲成具有纵缝的初成型钢管，对焊缝进行打底层焊接，CO2气体保护焊进行焊接，采用JM68焊丝；填充和盖面采用埋弧自动焊连续施焊，选择CHW-S9埋弧焊焊丝，SJ101焊剂。本发明针对Q460高强钢钢管焊接中的问题通过CO2气体保护焊与JM68焊丝、合理的焊接参数选择相结合，以及CO2气体保护焊与CHW-S9焊丝、SJ101焊剂自动埋弧焊焊接相结合提高焊缝韧性和质量，同时提高了生产效率，有利于大规模生产。
文档编号B23K9/095GK102886593SQ20121039562
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者杜宝帅, 张忠文, 李新梅 申请人:山东电力集团公司电力科学研究院, 国家电网公司