钢管塔制造技术讲解

杭州湾跨海大桥
• 大桥设南、北两个航道，主跨分别318m、448ｍ的钻石型双塔双索 面钢箱梁斜拉桥，是目前世界上已建或在建的最长的跨海大桥， 2008年建成通车。用钢量相当于7个“鸟巢” ，用混凝土量相当 于10个国家大剧院，可以抵抗12级以上台风。
铁塔钢结构
输变电铁塔
通讯铁塔
广播电视塔
输变电杆塔钢结构
Q235B E43XX Q345B E5015 E5016 Q420B E55××-G
E43XTX-X F4XX-H08A E50XTX-X F48XX-H08MnA
F55A0-H10Mn2、 F55A0-H08MnMoA F55A2-H08Mn2Si F55A2-H08MnMoA F55A2-H08Mn2MoA
7 焊接
焊接工艺
• 焊缝坡口设计依据：参照GB985.1、GB985.2设计。
• 坡口加工：加工方法与质量要求
–优先采用机械加工，也可选用自动或半自动气割或等 离子切割、手工切割的方法制备。
–但应保证焊缝坡口处平整、无毛刺，坡口两侧20mm范 围不得有氧化皮、锈蚀、油污等，也不得有裂纹、气割 熔瘤等缺陷。
Q345
Q420 Q460
工作地点 温度不低于
0℃
5℃ 5℃
-5℃
0℃ 0℃
-5℃
0℃ 0℃
冷加工最大厚度
材质 剪切最大厚度,mm 冲孔最大厚度，mm
Q235
Q345 Q390 Q420 Q460
24
20 16 14 12
16
14 12 12 10
6 构件制作与装配
• 开槽
–优先采用专业开槽机，也可采用在钢管上钻孔定位、 开槽的方法。
• 制弯
–应采用热弯工艺，热弯温度控制在800-950℃，然后自 然冷却
• 制孔
–制孔工艺：冲、钻 –制孔表面质量要求 –制孔允许偏差
6 构件制作与装配
• 装配
–定位焊要求：在工作台上进行； –工作台和胎板要求：必须有足够的刚度； –构件装配允许偏差要求
• 18个项目
6 构件制作与装配
• 矫正
–工艺要求：主柱、横担主材不得冷矫正，其他构件弯 曲度小于10°时，可以进行冷矫正。当环境温度低于 0℃时，Q420及以上等级的材料不得进行冷矫正；当环 境温度低于-12℃时，所有材料不得进行冷矫正。 –热矫正工艺：加热温度不应超过900℃，热矫正后应自 然冷却。 –矫正后的表面质量：不应有明显的凹面和损伤,表面划 痕深度不应大于0.5mm。热浸镀锌后的矫正不得破坏镀 锌层。
焊接技术文件
• 公司级：
–焊接工艺评定 –钢管塔加工焊接工艺规程 –钢管塔检验工艺规程
• 车间级:
–焊接作业指导书 –无损检测作业指导书 –理化检测作业指导书
• 员工级:
–焊接工艺卡 –检验工艺卡：外观、RT、 UT、MT
焊接资料: 焊接记录 焊缝外观检验 记录、内部检验 记录 质量证明书、 原材料复检记录
– 效益： – Q420应用：已经超过50万吨
– Q460应用：已在部分试点工程得到应用
– 大规格角钢应用：22#、25#角钢在锦苏线应用 – 应用原则：承受拉力的角钢，只要拉杆的肢宽不小于80mm， 应积极采用，受压控制的角钢，其长细比的适用范围为 0～80。
• 钢管塔的应用
–国家电网报
• 国家电网致力钢管塔应用与推广
Q460C E60××-D1 ER55-D2
焊接材料选择
Q420C
Q420D
E55××-C3
E55××-C3
ER55-D2
ER55-D2
F55A2-H08MnMoA F55A2-H08Mn2MoA F55A3-H08MnMoA F55A4-H08MnMoA
F55A3-H08MnMoA
Q420E
Q460D
• Q/GDW 384-2009《输电线路钢管塔加工技 术规程》
Q/GDW 384-2009特点
• 以DL/T 646-2006 《输变电钢管结构制造技术条件 》为基础； • 参照日本钢管塔制造相关标准；
• 应用特高压输电线路钢管塔应用研究和 Q420、Q460 高强钢管、高强法兰、8.8级高强螺栓研究成果；
–国务院国有资产管理监督管理委员会网站
• 国家电网启动输电线路钢管塔推广应用工作
– 目前已经在不同电压等级依托输电工程项目中得到应用
• 220KV线路、500KV线路、750KV线路、1000KV线路等等。 • 钢管等级：Q345B、Q420C、Q460C
• 法兰等级：最高Q420C
淮南-上海东线工程
7 焊接
焊接作业环境
• 焊接作业场所出现以下情况时必须采取措施，否则不允许 施焊。
–a）焊条电弧焊或药芯焊丝自保护焊时焊接作业区风速 超过8m/s、气体保护电弧焊时焊接作业区风速超过 2m/s。 –b）相对湿度大于80%。
–c）焊接Q345以下等级钢材时，环境温度低于-10℃； 焊接Q345钢时，环境温度低于0℃；焊接Q345以上等级 钢材时，环境温度低于5℃。
保证焊接质量。
2008年罕见的冰雪灾害对输电铁 塔的结构、设计是个严峻考验！
应对冰雪灾害采取的措施
• 国家电网积极采取措施：
– 改进铁塔结构设计 – 研制新的除冰技术 – 推进高强钢的应用工作 – 开展钢管塔的研究与应用工作
• 其中，后两项已经列入国家电网重点应用 新技术目录，并推广应用。
• 高强钢、大规格角钢的应用
二、输电线路钢管塔的应用
传统输电线路角钢塔、钢管塔问题：
• 角钢塔承载力有限，塔高一般在60m以下； • 角钢应用规格较小，目前均在∠20#及以下。大
荷载时只能采用双拼、多拼角钢；
• 跨越钢管塔采用平板法兰加筋板连接，焊接工
作量大，残余应力大，结构易变形；
• 大跨越钢管塔采用相贯连接的焊接结构，难于
• 直缝焊管
– 高频焊管 – 埋弧焊管
连接形式：
• 法兰
– 带颈法兰
• 对焊法兰 • 平焊法兰
– 平板法兰
• 连接板
– 连接板、插板、 加强板
内变径法兰
内外变径法兰
熔透型连接平板法兰
带劲板平板法兰
钢管塔主要焊缝连接形式
钢管与法兰对接焊
钢管与法兰插接焊
钢管与连接板、加强板焊接
钢管U型槽与U型板焊接
• 组对要求： –严禁在焊缝间隙内嵌入填充物。 –按要求尺寸组对。
7 焊接
• 焊材选择：
– 应选用与钢材相匹配的焊接材料。 – 焊接强度等级不同的钢材，按照等级较低的钢材选用焊接材料。
• 定位焊要求：
– 工艺及质量要求与正式焊缝相同。 – 定位焊高度不宜超过设计焊缝高度的2/3，长度不小于25mm。定位 焊点一般不少于3点，且应均匀分布。
5 材料与零件
• 钢材——钢管、钢板、角钢、圆钢等
• 焊接材料——焊条、焊丝、焊剂、气体
• 直缝焊管——高频管、埋弧管 • 法兰——平板法兰、带颈法兰 • 紧固件——8.8级、10.9级
6 构件制作与装配
• 放样
–依据：设计图纸及加工工艺 ； –要求：
–考虑焊接变形及加工余量；
–相贯线焊接部位坡口要求；
舟山大跨越
• 耐张段长6215m（世界之最），最大档距
2756m（亚洲之最）。 • 跨越塔3基，锚塔4基，最高塔370m，塔重 5999吨！
• 建筑、桥梁、杆塔钢结构的特点:
–外观上,设计新颖独特,体现鲜明的 时代特征; –材料上,高强钢、大厚度、大规格钢 材使用; –规模上,超高层、超高度，大跨度。
7 焊接
• 一般规定
–人员种类与持证要求：焊接技术人员、焊接作 业人员、无损检测人员、焊接热处理人员、焊 接质量检查人员等 。 –焊接技术文件：建立厂级、车间级、班组级文 件体系。焊接工艺评定（JGJ81）。 –焊接材料管理：库房设施要求，管理流程按 JB/T 3223管理。 –焊接设备管理：设备完好性、计量管理。
–样板要求；
–开设镀锌通气孔要求。
6 构件制作与装配
• 下料
–零件下料允许偏差 –钢管下料端面偏斜
–切割面的质量要求
–切割工艺要求
• 冷加工：剪、锯、冲——最低加工温度、最大加工 厚度 • 热加工：火焰切割、等离子切割、温冲
冷加工最低工作温度
项 Q235 钢 材 牌 号 目 剪切和冲孔 冷矫正 -5℃ -10℃ 冷弯曲 -10℃
钢管U型槽与插板焊接
钢管相贯焊接
7 焊接
焊缝质量等级： • 应按图纸、设计文件的要求确定焊缝质量等级。 若图纸、设计文件没有明确要求时，焊缝质量等 级规定如下：
–a）环向对接焊缝、连接挂线板焊缝、钢管纵向对接焊 缝应满足一级焊缝质量要求。 –b）横担与主管连接焊缝应满足二级焊缝质量要求。 –c）管管相贯连接焊缝、钢管与带颈平焊法兰连接的角 焊缝、钢管与平板法兰连接的环向角焊缝应满足二级 焊缝外观质量要求。 –d）其他焊缝应达到三级焊缝的质量要求。
E55××-C3
E60××-D1
ER55-Ni1
ER55-D2
Q460E
E60××-E
ER55-Ni1
F55A4-H08CrMoVA F55A4-H08MnMoA
预热要求
一般在下列情况下应对焊件进行预热：
• 构件
–由若干零件组成的钢结构基本单元，如钢管和法 兰组成的焊接件等。
• 零件
–组成钢管塔的最小单元，如：法兰、螺栓、钢管 、劲板等。
输电铁塔制造规范
• DL/T 646-2006《输变电钢管结构制造技术 条件》
• GB/T 2694-2010《输电线路铁塔制造技术 条件》 • 《特高压输电线路钢管塔加工技术规定》
钢结构设计对焊接的要求
• 分清主次结构
• 关注主结构的关键焊缝
• 焊缝设计合理
• 采用正确的连接构造
焊缝结构要合理
焊缝结构要合理
钢管塔设计
Q460 Q420 Q345 Q235
焊缝 一级
焊缝质量等级 二级 构造 钢材
直缝焊管-带颈法兰 连接
插板连接
三级 平板法兰-筋板 连接 相贯线连接
钢管塔涉及的主要焊接对象
• 结合现有输电线路钢管塔设计、加工方面的经验； • 内容上更加完善，技术上要求更高。
4 总则
• 4.1 规范层次：首先应满足设计文件的要 求。其次，执行本标准。再次应满足国家 及行业有关标准的规定。 • 4.2 设计变更要求：应征得原设计单位的 同意，并签署设计变更文件。 • 4.3 钢管塔பைடு நூலகம்工涉及角钢时，执行GB/T 2694。 • 4.4 “三新”采用，需经过试验研究，并 经国家电网公司组织的评审和认可。
• • • • • 1000KV输变电工程，全长656km； 线路采用同塔双回钢管塔架设； 铁塔平均高度100m; 主要材质Q235、Q345； 总用钢量约30万吨，其中焊管约20万吨， 带颈法兰约2万吨.
国家电网特高压电网规划
2010年2月25日特高压工程建设工作会议提出 的10年规划：
• 2012年，“三华”电网建成“两纵两横”特 高压骨干网架；
•
焊接：
– 严格按照焊接工艺规定的焊接方法、焊接参数进行焊接。并按要 求进行预热、焊后热处理。
• 标识：
– 焊接完毕，在距焊缝端头50㎜明显处打上钢印代号。
焊接材料选择
材质 焊条 实芯焊丝 药芯焊丝 埋弧焊 气保焊 气保焊 ER49-X ER50-X
ER50-6 ER55-D2 ER55-G ER55-D2-Ti
• 2015年，“三华”同步电网进一步加强，以 特高压为核心的坚强电网初步形成； • 2020年，“三华”同步电网形成“五纵六横 ”主网架，基本建成坚强智能电网。
三、Q/GDW 384-2009
输电线路钢管塔加工技术规程
关于钢管塔
• 钢管塔
–主材用圆形钢管构件，斜材（或辅助材）用钢管 或圆钢、型钢等构件组成的空间塔架（桁架）结 构。
用钢量4.19 万吨，采用 Q460E-Z35， 厚度110mm, 堪称中国第 一钢结构。
鸟巢工程平面尺寸 :
332m×296m
一桥飞架南北，天堑变通途
• 南京长江三桥：主跨648m，国内第一座钢 塔钢箱梁双索面五跨连续斜拉桥，主桥采 用半漂浮体系结构，主要材质Q345D和 Q370Dq钢； • 苏通长江大桥：主跨1088m，双塔双索面 斜拉桥，当时世界第一大跨度斜拉桥，主 要材质Q345Dq和Q370Dq钢，总重5万吨；
一、钢结构发展的巨大成就
钢结构
建筑钢结构
桥梁钢结构
塔杆钢结构
高层 建筑
大型 体育馆 公路桥
机场 航站楼
输电 铁塔
广播 通信塔 电视塔
铁路桥
跨海桥
迪拜塔
• 迪拜塔是目前世界 第一高楼与建筑。 2009年11月26日建 成，2010年投运， 有162个楼层，建 筑物总高度有818 米。建筑采用了一 种具有挑战性的单 式结构，由连为一 体的管状多塔组成 ，具有太空时代风 格的外形，基座周 围采用了富有伊斯 兰建筑风格的几何 图形——六瓣的沙 漠之花。