Aceros de alta resistencia en la construcción de torres de transmisión: La perspectiva de un ingeniero de campo sobre aplicaciones y tecnologías de soldadura críticas

Autor: Ingeniero senior de soldadura de campo, 22 años en construcción de líneas de transmisión (1997–2019, luego consultor independiente)
Ubicaciones referenciadas: Terreno montañoso de Sichuan (500kV Proyecto Luzhou-Zigong), Zhejiang costero (Actualizaciones de 220 kV propensas a tifones), y un 2023 reparación de emergencia en la tormenta de hielo de Hunan.

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1. Por qué escribí esto y por qué debería importarle

Abres una hoja de especificaciones para un Torre de transmisión proyecto. El cliente exige acero Q690 o incluso Q960. Su encargado de adquisiciones levanta una ceja. Tus soldadores, buenos hombres., certificado, pero estoy acostumbrado al Q345 y tal vez al Q420; te miran como si les acabaras de entregar un trozo de placa blindada.. "Jefe, Esto se rompe si estornudas sobre él”.

he estado allí. Más veces de las que puedo contar.

Aquí está la cosa: El acero de alta resistencia en torres de transmisión ya no es opcional.. State Grid de China ahora exige UHSS (acero de ultra alta resistencia, normalmente produce ≥690 MPa) para nueva tensión ultra alta (Uhv) corredores a través del río Yangtze y a través de zonas sísmicas. los 2025 revisión de DL/T 5254—sí, Asistí a algunas de esas reuniones de revisión: explícitamente empuja los límites máximos de límite elástico de 460 MPa a 690 MPa para miembros críticos en tensión. Por qué? Dos razones, ambos brutalmente simples: peso, y viento.

Un tramo de 100 metros con Q690 puede reducir entre un 18 % y un 22 % del peso propio de la torre en comparación con el Q420. Eso no es sólo acero salvado. Eso es concreto de base salvado. Eso significa que los viajes en helicóptero se reducen cuando se construye en la cresta de una montaña sin acceso por carretera.. Es por eso.

Pero esto es lo que los códigos de diseño no le dicen. No te hablan del turno de noche en noviembre 2021, cuando un soplete de precalentamiento se quedó sin propano a mitad de un pase de raíz, y a la mañana siguiente encontramos una grieta de tres pulgadas que recorre la zona afectada por el calor.. No te dicen cómo discutir con un director de proyecto que piensa que "precalentar" significa agitar vagamente un soplete en dirección al acero durante treinta segundos..

Entonces estoy escribiendo esto. no como profesor. No como ingeniero de ventas. Como un tipo que sostuvo el aguijón, Calibró el detector de fallas ultrasónico en 2 soy., y firmado en porros que han estado llevando 500 kV desde hace seis años sin un solo fallo.

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2. Comportamiento material: Lo que realmente se rompe, y por qué

Empecemos por el elefante en el taller.. Q690, S690, o cualquier nombre de propiedad que le ponga su proveedor: este material tiene menor dureza en la zona afectada por el calor. (Cría) que el acero dulce. Período. El equivalente de carbono más alto (comprobar) y templabilidad significan que bajo enfriamiento rápido, obtienes islas de martensita. La martensita es dura.. La martensita también es frágil.. soldarlo mal, y básicamente has creado un iniciador de crack incorporado.

Mesa 1: Grados típicos de acero para torres de transmisión: comparación química y mecánica

\[
\texto{comprobar} =C + \FRAC{Minnesota}{6} + \FRAC{cr + Mes + V}{5} + \FRAC{En + con}{15}
\]

Ves que Q690 Ceq en 0.52? Esto es límite para la soldadura en campo sin un control riguroso del hidrógeno.. Ahora mira Pcm. Cualquier cosa por encima 0.28 comienza a ponerse nervioso. Q960? 0.33. Eso no es una soldadura; Eso es un pacto suicida si no tomas todas las precauciones..

He aquí una observación personal.: El verdadero enemigo no siempre es el metal de soldadura.. Es la ZAT de grano grueso adyacente a la línea de fusión.. En Q690, esa zona puede ver temperaturas máximas >1400DO, el tamaño de grano se dispara hasta ASTM 3 o más grueso, y si el enfriamiento es demasiado rápido, ¡bam!. Tienes una microestructura que parece vidrio roto bajo el microscopio.. Yo mismo he grabado muestras. lo he visto.

Entonces, ¿por qué no normalizarlo después?? Porque no se puede tratar térmicamente una torre de 75 metros en el campo. Ningún horno se adapta a una torre de transmisión. Vives con la microestructura soldada.. Esa es la limitación con la que luchamos todos los días..

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3. El problema del hidrógeno y cómo dejamos de fingir que no existe

Craqueo en frío inducido por hidrógeno. todos sabemos el nombre. Todos pretendemos que nuestros electrodos están lo suficientemente secos.

ellos no son.

Allá por 2015, sobre el proyecto de refuerzo costero de Fujian, perdimos siete articulaciones en una sola torre debido al agrietamiento de los dedos de los pies. Fue descubierto durante el MPI. (inspección de partículas magnéticas) la mañana después de soldar. El primer ministro insistió en que se trataba de un “error del soldador”. no fue. era hidrogeno. Los electrodos de bajo hidrógeno. (E7015, si tienes curiosidad) había estado almacenado en un almacén sin calefacción durante tres días. Humedad en Fujian en abril? Ochenta y cinco por ciento. sin hornear. Prohibición de mantener hornos en el lugar de trabajo.. Simplemente "sácalos de la caja y suéldalos".

Te ahorraré los nombres, pero no hablé con ese gerente de proyecto durante un mes.

Aquí está la solución, y no es negociable:

Mesa 2: Medidas de control de campo para la gestión del hidrógeno (Mi lista de verificación personal)

No me importa si estás usando alambre sólido, con núcleo fundente de rutilo, o con núcleo metálico. Si su clasificación de hidrógeno consumible excede 5 ml/100g en Q690, estas apostando. Y la casa siempre gana.

una cosa mas: precalentar. He escuchado todas las excusas. "El clima es cálido". "Es sólo una soldadura por puntos". “Precalentamos el último porro y el inspector ni siquiera lo comprobó”. Mierda. Las soldaduras por puntos se agrietan primero. Se convierten en el sitio de iniciación del fracaso articular completo.. He visto una soldadura por puntos (solo una pequeña masa de 20 mm) que inició una grieta que recorrió 120 mm a través del metal base durante la noche..

Ahora necesito crayones indicadores de temperatura en cada estación.. No armas infrarrojas a menos que estén calibradas esa mañana.. No "tócalo y mira si está caliente". Los crayones se derriten a temperaturas específicas.. ellos no mienten.

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4. Calificación del procedimiento de soldadura: Lo que dice el periódico versus. Qué funciona

Hablemos de PQR (Registro de Calificación de Procedimiento). En teoría, es una prueba rigurosa. En realidad, las condiciones del laboratorio son limpias, el soldador es el mejor del taller, el ajuste es perfecto, y nadie está soldando en un andamio con un viento de 20 nudos 30 metros sobre concreto.

He visto PQR que pasan el S690 sin precalentamiento. He visto pruebas de impacto CVN a -40°C que alcanzaron 150J. Hermosos números. Luego vas al sitio, y estás luchando por conseguir 47J a -20°C.

Por qué? Ritmo de enfriamiento.

El cupón de prueba PQR suele ser una placa gruesa., contenido, a menudo soldado en una posición plana con un generoso aporte de calor. Condiciones de campo? vertical hacia arriba, acceso restringido, secciones más delgadas que se enfrían más rápido. Enfriamiento más rápido = mayor dureza = menor tenacidad.

mi regla: Reducir el PQR. Si el laboratorio dice 1.5 kJ/mm es aceptable, apunte a 1,8–2,0 kJ/mm en el campo. Si el laboratorio dice precalentar 100°C, dame 120°c. Construir en margen.

Aquí hay un caso. 2022, un 690 Junta de reemplazo de MPa en una torre de cruce del río Yangtze. PQR original utilizó GMAW con Ar+20%CO2, 1.2alambre de mm, entrada de calor 1.3 kJ/mm. La muesca en V Charpy a -40°C promedió 89J. Bien. En el sitio, primera soldadura de producción—mismos parámetros—UT fallida. lo cortamos. Laboratorio probado la dureza HAZ: 412 HV10. Eso está en el límite del craqueo por tensión de sulfuro, no importa el agrietamiento en frío.

Aumentamos la entrada de calor a 1.7 kJ/mm reduciendo la velocidad de desplazamiento y ensanchando ligeramente el tejido. La dureza cayó a 365 HV10. UT reevaluado: aprobado. Dureza? Nunca medido en sitio, pero la dureza contó la historia.

Mesa 3: Efecto del aporte de calor sobre la dureza HAZ (Q690D, 20placa mm, medido por mi)

Demasiado bajo y eres duro. demasiado alto (encima 2.0 kJ/mm) y el engrosamiento del grano le cuesta dureza de todos modos. Punto óptimo para soldadura en campo Q690: 1.6–1,9 kJ/mm.

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5. Diciembre 2023, hunan: Un estudio de caso al borde del fracaso

tormenta de hielo. Red eléctrica de Hunan. El brazo transversal de una torre de 220 kV (acero Q690) falló en una soldadura de brida. Sin colapso, agradecidamente. La grieta se propagó alrededor 60% a través de la sección antes del arresto. Nos llamaron para evaluar y reparar..

lo que encontré:

• Consumibles de soldadura: E71T-1C con núcleo fundente, 1.6mm. Clasificación de hidrógeno: 8 ml/100 g típico.
• Sin registros de precalentamiento. Los soldadores dijeron que "lo calentaron un poco".
• Ambiente: -5DO, sensación térmica tal vez -12°C.
• Diseño conjunto: bisel único, 45°, cara de raíz 2mm, espacio de raíz 3 mm.

Grieta iniciada en el dedo del pie., corrió a lo largo de la ZAT, Luego se convirtió en el metal de soldadura.. Superficie de fractura: brillante, granular. Crack en frío clásico asistido por hidrógeno, tal vez con algo de tensión de restricción debido a la discrepancia en el espesor de la brida.

No solo lo reparamos. Rehicimos todo el procedimiento..

mi receta:

1. Cambiar consumible. Se acabó el núcleo fundente.. Llegó el alambre macizo GMAW con 82%Ar/18%CO2., hidrógeno difusible garantizado ≤3 mL/100g.

2. Precalentamiento obligatorio. 120°C mínimo. Comprobado cada 30 minutos.

3. Control de temperatura entre pasadas. Máximo 200°C. Lo mantuvo consistente.

4. Liberación de hidrógeno post-soldadura. Mantener a 150°C durante 2 horas inmediatamente después de soldar, envuelto en manta aislante térmica.

5. Dedos de los pies rechinantes. Esmerilado de radio ligero para reducir la concentración de tensión.. Este es un seguro barato.. Toma diez minutos. Previene las grietas en los dedos de los pies.

Las juntas reparadas se vuelven a inspeccionar después de seis meses.. Sin indicaciones. La torre sigue en pie.

Se aprende más de un casi accidente que de un proyecto perfecto.

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6. 2025 Tendencias: ¿Qué está cambiando? (y lo que no es)

En el momento en que escribo esto (temprano 2025), Tres turnos están remodelando la forma en que trabajamos con HSS en torres.

Primero: soldadura robótica. State Grid está probando robots de pórtico móviles para soldar patas de torre en talleres. Estos no son ciencia ficción: están en Zhengzhou, están soldando Q690 con arcos láser-híbridos, y el control de entrada de calor es ±0,05 kJ/mm. Soy escéptico sobre los robots de campo, pero en talleres de prefabricación, están eliminando la variable más importante: inconsistencia humana.

Segundo: acero TMCP. El acero procesado con control termomecánico gana terreno. Ceq inferior, mejor dureza. Vi un lote de prueba de Q690TMCP el año pasado.. Ceq era 0.46, pcm 0.26. Eso está cerca de los antiguos niveles del Q420.. Lo soldamos con precalentamiento de 75°C., sin grietas, Dureza ZAC 335 HV10. Si TMCP se convierte en estándar, La mitad de mis dolores de cabeza por soldar desaparecen.. Pero el coste sigue siendo entre un 15% y un 20% más alto. Los clientes dudan.

Tercero: el 2024 DL/T 5254 enmienda. Esto aún no es muy conocido, pero el borrador ahora requiere un precalentamiento mínimo de 100°C para cualquier miembro Q550+ independientemente del grosor.. Ese es un cambio importante. Previamente, El precalentamiento a menudo no se aplicaba a las secciones delgadas. (<16mm). Ya no. Los datos sobre el agrietamiento en frío en HSS de paredes delgadas eran demasiado convincentes para ignorarlos.

Mesa 4: 2024 Borrador de cambios a DL/T 5254 (Parcial, No oficial)

Esto afectará duramente a la industria. Ya he visto a proveedores apresurarse a cambiar el nombre del Q550 a "grado premium de bajo precalentamiento". Lee la letra pequeña.

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7. Factores culturales y locales que no verá en las normas ISO

Déjame alejarme de la metalurgia por un minuto..

he trabajado en sichuan, donde las torres están ancladas en acantilados de arenisca, y la única forma de subir el equipo es mediante cable grúa o a mano. He trabajado en Jiangsu, plano como una mesa, pero la humedad oxida el cable antes de enrollarlo. He capacitado a soldadores en Guangdong que aprendieron su oficio en astilleros y podían ejecutar un cordón vertical hacia arriba que parecía ranuras mecanizadas.. Y he trabajado con equipos en la remota Yunnan que nunca habían tocado el Q690 antes del año pasado..

Lo que sé es: El nivel medio de los soldadores chinos es extremadamente hábil en soldadura posicional.. Su modelo de aprendizaje es sólido.. Pero a menudo no cuentan con el equipo ni el apoyo necesarios. Un soldador estadounidense podría tener un ingeniero de soldadura dedicado en el lugar.. En China, el ingeniero del sitio (yo) cubre la soldadura, atornillar, hormigón, encuesta, y seguridad. No se puede microgestionar cada antorcha.

entonces yo no.

Me concentro en los pocos críticos. Precalentar. entre pases. control de hidrógeno. Si los hago bien, todo lo demás sigue.

También: Las cadenas de suministro regionales importan. En Zhejiang, Tuvimos acceso a electrodos japoneses LB-52U., hidrógeno ultra bajo, pero caro. Interior, utilizamos marcas nacionales con mayor variabilidad. Pruebo cada lote ahora. No confiar, verificar.

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8. Por qué sigo prefiriendo SMAW para ciertos pases de raíz (Contra todas las tendencias)

Esto es herejía en 2025. Todo el mundo está impulsando GMAW, FCAW, incluso láser híbrido. Tasas de deposición más altas. Se necesita menos habilidad.

Pero en pases de raíz Q690, especialmente en posiciones aéreas o verticales, A veces todavía especifico SMAW con electrodos básicos.. E7015, E7016. Por qué?

Porque la transferencia de cortocircuito GMAW, a menos que esté perfectamente sintonizado, puede producir una fusión incompleta en la cara de la raíz. En HSS, eso es un buen comienzo. He realizado NDT suficientes raíces GMAW en juntas de alta restricción para ser cauteloso. SMAW es más lento. Depende más del operador. Pero la fuerza del arco se clava en la pared lateral., y un soldador experto siente la fusión. Que la retroalimentación táctil está ausente en los procesos semiautomáticos.

Entonces, mi procedimiento típico para uniones críticas de torres Q690:

1. pase de raíz SMAW, 3.2electrodo mm, DCEN, 110–130A.
2. Llenado y tapado GMAW, 1.2alambre de mm, Ar/CO2, transferencia por aspersión si es posible.
3. El paso de tapa reduce el amperaje para refinar la estructura del grano HAZ.

vieja escuela? Sí. Eficaz? También si.

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9. Conclusión: El soldador no es el eslabón más débil: el sistema sí lo es

He estado en esta industria desde 1997. He visto la evolución del acero de torre a partir del A3F. (básicamente acero dulce) a Q420, luego Q550, ahora Q690, y pronto Q960 en proyectos de demostración. Cada salto de fuerza ha ido acompañado de un salto de dificultad de soldabilidad.. Y cada vez, la reacción inmediata es culpar al soldador. "Mala técnica". "Falta de habilidad".

Casi nunca es solo el soldador.

Es el departamento de adquisiciones el que compra electrodos según el precio por kilo., hidrógeno no difusible. Es el horario el que no deja tiempo para el precalentamiento.. Es el inspector quien aprueba un porro con inclusión de escoria porque “no es un miembro primario”. soy yo, a veces, No explicar con suficiente claridad por qué necesitamos mantener cerrado el horno de electrodos..

El acero de alta resistencia en torres de transmisión llegó para quedarse. La metalurgia está madura.. Los procedimientos de soldadura están publicados.. Lo que falta es la voluntad de ejecutarlos., día tras día, turno tras turno, sin atajos.

Escribí esto porque estoy cansado de cavar grietas en las ZAC que nunca deberían haberse agrietado.. Escribí esto porque existe la tecnología para hacer que las juntas Q690 sean tan confiables como las Q235.. Sólo requiere respeto por el material..

La próxima vez que veas una torre de transmisión, mira las soldaduras. si son suaves, uniforme, sin recortes: a alguien le importó. Alguien horneó sus electrodos.. Alguien limpió la lluvia del porro. Alguien usó un lápiz de temperatura en 2 a.m. en diciembre.

Que alguien no sea el eslabón débil. Ese alguien es el por qué las luces permanecen encendidas.

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— Ingeniero de campo sénior
22 años. Todavía llevo un lápiz de temperatura en el bolsillo de mi chaqueta..