فولادهای با استحکام بالا در ساخت برج انتقال: دیدگاه یک مهندس میدان در مورد کاربردها و فن آوری های جوشکاری بحرانی

نویسنده: مهندس ارشد جوشکاری میدانی, 22 سالها در ساخت خط انتقال (1997–2019, سپس مشاور مستقل)
مکان های ارجاع شده: زمین کوهستانی سیچوان (500پروژه kV لوژو-زیگونگ), ساحلی ژجیانگ (ارتقاء 220 کیلوولت مستعد طوفان), و الف 2023 تعمیر اضطراری در طوفان یخ هونان.

---

1. چرا من این را نوشتم - و چرا شما باید اهمیت دهید

شما یک برگه مشخصات را باز می کنید انتقال برج پروژه. مشتری تقاضای فولاد Q690 یا حتی Q960 را دارد. مرد تدارکاتی شما ابرویی را بالا می برد. جوشکاران شما - مردان خوب, گواهی شده است, اما به Q345 و شاید برخی از Q420 عادت کرده‌اید—آن‌ها به شما نگاه می‌کنند که انگار تکه‌ای از بشقاب زره را به آنها داده‌اید.. "رئیس, این مواد اگر روی آن عطسه کنید ترک می‌خورد.»

من آنجا بوده ام. تعداد دفعاتی که بتوانم بشمارم بیشتر است.

موضوع اینجاست: فولاد با مقاومت بالا در دکل های انتقال دیگر اختیاری نیست. شبکه دولتی چین اکنون UHSS را اجباری می کند (فولاد با مقاومت فوق العاده بالا, معمولاً ≥690 مگاپاسکال را تولید می کنند) برای ولتاژ فوق العاده جدید (UHV) راهروهایی در سراسر رودخانه یانگ تسه و از طریق مناطق لرزه خیز. The 2025 بازبینی DL/T 5254 - بله, من در برخی از آن جلسات بررسی نشستم - به صراحت سقف های قدرت بازده را از آن خارج می کنم 460 MPA به 690 MPa برای اعضای تنش بحرانی. چرا? دو دلیل, هر دو به طرز وحشیانه ای ساده: وزن, و باد.

دهانه 100 متری با استفاده از Q690 می تواند 18 تا 22 درصد از وزن خود برج را در مقایسه با Q420 کاهش دهد.. این صرفه جویی در فولاد نیست. این بتن پایه ذخیره شده است. این یعنی زمانی که شما در حال ساخت و ساز بر روی خط الراس کوهی بدون دسترسی به جاده هستید، سفرهای بالابر هلیکوپتر کاهش می یابد. به همین دلیل است.

اما این چیزی است که کدهای طراحی به شما نمی گویند. آنها در مورد شیفت شب در ماه نوامبر به شما چیزی نمی گویند 2021, هنگامی که یک مشعل پیش گرم کننده پروپان در نیمه راه از طریق گذرگاه ریشه تمام شد, و صبح روز بعد یک شکاف سه اینچی در امتداد منطقه تحت تأثیر گرما یافتیم. آنها به شما نمی گویند چگونه با مدیر پروژه ای بحث کنید که فکر می کند "پیش گرم کردن" به معنای تکان دادن مشعل به طور مبهم در جهت فولاد برای سی ثانیه است..

بنابراین من این را می نویسم. نه به عنوان استاد. نه به عنوان مهندس فروش. به عنوان مردی که نیش را در دست گرفته است, آشکارساز عیب اولتراسونیک را کالیبره کرد 2 صبح, و روی مفاصلی که حمل شده اند امضا شده است 500 کیلوولت شش سال است که بدون یک شکست.

---

2. رفتار مادی: آنچه در واقع می شکند, و چرا

بیایید با فیل در کارگاه شروع کنیم. Q690, S690, یا هر نام انحصاری که تامین کننده شما روی آن مهر می زند - این ماده در ناحیه متاثر از گرما چقرمگی کمتری دارد (خندق) از فولاد ملایم. دوره. معادل کربن بالاتر (چک) و سختی پذیری به این معناست که تحت سرد شدن سریع, جزایر مارتنزیت را دریافت می کنید. مارتنزیت سخت است. مارتنزیت نیز شکننده است. آن را اشتباه جوش دهید, و شما اساسا یک کرک استارتر داخلی ایجاد کرده اید.

جدول 1: درجات فولادی برج انتقال معمولی - مقایسه شیمیایی و مکانیکی

\[
\متن{چک} = سی + \قید{منگنز}{6} + \قید{Cr + مو + V}{5} + \قید{در + با}{15}
\]

می بینید که Q690 Ceq در 0.52? این نقطه مرزی برای جوشکاری میدانی بدون کنترل دقیق هیدروژن است. حالا به PCM نگاه کنید. هر چیزی بالاتر 0.28 شروع به عصبی شدن می کند. Q960? 0.33. این یک جوشکاری نیست; این یک پیمان خودکشی است اگر همه اقدامات احتیاطی را انجام ندهید.

در اینجا یک مشاهده شخصی است: دشمن واقعی همیشه فلز جوش نیست. این HAZ دانه درشت در مجاورت خط همجوشی است. در Q690, آن منطقه می تواند اوج دما را ببیند >1400° C, اندازه دانه تا ASTM می رسد 3 یا درشت تر, و اگر خنک شدن خیلی سریع باشد - بام. شما یک ریزساختار دارید که در زیر میکروسکوپ شبیه شیشه شکسته است. من خودم نمونه ها را اچ کردم. من آن را دیده ام.

پس چرا بعداً آن را عادی نکنید? زیرا شما نمی توانید یک پایه برج 75 متری را در مزرعه پس از عملیات حرارتی انجام دهید. هیچ کوره ای برای دکل انتقال مناسب نیست. شما با ریزساختار جوش داده شده زندگی می کنید. این محدودیتی است که ما هر روز با آن مبارزه می کنیم.

---

3. مشکل هیدروژن – و اینکه چگونه از وانمود کردن آن دست کشیدیم

ترک خوردگی سرد ناشی از هیدروژن. همه ما نام را می دانیم. همه ما وانمود می کنیم که الکترودهایمان به اندازه کافی خشک شده اند.

آنها نیستند.

برگشت داخل 2015, در پروژه تقویت ساحلی فوجیان, ما هفت مفصل روی یک برج را به دلیل ترک خوردن انگشتان پا از دست دادیم. در طول MPI کشف شد (بازرسی ذرات مغناطیسی) صبح بعد از جوشکاری. نخست وزیر اصرار داشت که این "خطای جوشکار" بوده است. این نبود. هیدروژن بود. الکترودهای کم هیدروژن (E7015, اگر کنجکاو هستید) به مدت سه روز در یک انبار گرم نشده نگهداری می شد. رطوبت در فوجیان در ماه آوریل? هشتاد و پنج درصد. بدون پخت. بدون کوره نگهدارنده در محل کار. فقط "آنها را از جعبه خارج کنید و جوش دهید."

من از شما اسامی را دریغ می کنم, اما من یک ماه با آن مدیر پروژه صحبت نکردم.

در اینجا راه حل است, و غیر قابل مذاکره است:

جدول 2: اقدامات کنترل میدانی برای مدیریت هیدروژن (چک لیست شخصی من)

برای من مهم نیست که از سیم جامد استفاده می کنید, روتیلی شار هسته, یا با هسته فلزی. اگر رتبه هیدروژن مصرفی شما بیشتر از 5 میلی لیتر/100 گرم در Q690, شما در حال قمار هستید. و خانه همیشه برنده است.

یه چیز دیگه: پیش گرم کردن. من هر بهانه ای را شنیده ام. "هوا گرم است." "این فقط یک جوش چسبنده است." ما آخرین اتصال را از قبل گرم کردیم و بازرس حتی بررسی نکرد.» مزخرف. جوش های چسبناک ابتدا ترک می خورند. آنها به محل شروع شکست کامل مفصل تبدیل می شوند. من دیده ام که یک جوش چسبناک - فقط یک لکه کوچک 20 میلی متری - باعث ایجاد شکافی شده است که در طول شب 120 میلی متر از فلز پایه عبور کرده است..

اکنون در هر ایستگاه به مداد رنگی های نشان دهنده دما نیاز دارم. نه تفنگ مادون قرمز مگر اینکه همان صبح کالیبره شده باشد. نه "آن را لمس کنید و ببینید داغ است یا خیر." مداد رنگی در دمای خاصی ذوب می شود. آنها دروغ نمی گویند.

---

4. صلاحیت روش جوشکاری: آنچه که کاغذ می گوید در مقابل. چه کار می کند

بیایید در مورد PQR صحبت کنیم (سوابق صلاحیت رویه). در تئوری, این یک آزمایش سخت است. در واقعیت, شرایط آزمایشگاه تمیز است, جوشکار بهترین کارگاه است, تناسب کامل است, و هیچ کس در یک باد 20 گره روی داربست جوش نمی خورد 30 متر بالاتر از بتن.

من PQR هایی را دیده ام که روی S690 بدون پیش گرم کردن عبور می کنند. من تست ضربه CVN را در -40 درجه سانتیگراد دیده ام که به 150J رسیده است. اعداد زیبا. سپس به سایت می روید, و شما برای به دست آوردن 47 ژول در -20 درجه سانتیگراد در تلاش هستید.

چرا? میزان خنک کننده.

کوپن تست PQR معمولا یک صفحه ضخیم است, مهار شده, اغلب در یک موقعیت صاف با ورودی گرمای سخاوتمندانه جوش داده می شود. شرایط میدانی? عمودی به بالا, دسترسی محدود, بخش های نازک تر که سریعتر خنک می شوند. خنک شدن سریعتر = سختی بیشتر = چقرمگی کمتر.

قانون من: PQR را کاهش دهید. اگر آزمایشگاه بگوید 1.5 kJ/mm قابل قبول است, 1.8-2.0 kJ/mm را در میدان هدف بگیرید. اگر آزمایشگاه بگوید 100 درجه سانتی گراد پیش گرم کنید, 120 درجه به من بده. ساخت در حاشیه.

در اینجا یک مورد است. 2022, a 690 اتصال جایگزین MPa در برج عبور رودخانه یانگ تسه. PQR اصلی از GMAW با Ar+20% CO2 استفاده می‌کرد, 1.2سیم میلی متری, ورودی گرما 1.3 kJ/mm. شارپی V-notch در -40 درجه سانتیگراد به طور متوسط ​​89J بود. خوب. در سایت, اولین جوش تولید - همان پارامترها - در UT شکست خورد. ما آن را قطع کردیم. آزمایشگاه سختی HAZ را آزمایش کرد: 412 HV10. این مرزی برای ترک استرس سولفید است, هرگز به ترک سرد اهمیت ندهید.

ما ورودی گرما را به 1.7 kJ/mm با کاهش سرعت حرکت و کمی پهن کردن بافت. سختی کاهش یافت 365 HV10. UT دوباره آزمایش شد: گذشت. سختی? هرگز در سایت اندازه گیری نشده است, اما سختی داستان را بیان کرد.

جدول 3: اثر حرارت ورودی بر سختی HAZ (Q690D, 20صفحه میلی متری, توسط من اندازه گیری شد)

خیلی کم است و شما سخت هستید. خیلی بالاست (بر فراز 2.0 kJ/mm) و به هر حال درشت شدن دانه به قیمت چقرمگی شما تمام می شود. نقطه شیرین برای جوشکاری میدانی Q690: 1.61.9 کیلوژول بر میلی متر.

---

5. دسامبر 2023, هونان: مطالعه موردی در نزدیک به شکست

طوفان یخ. شبکه برق هونان. بازوی متقاطع برج 220 کیلوولت - فولاد Q690 - در جوش فلنج شکست خورد. بدون فروپاشی, خوشبختانه. کرک در مورد 60% از طریق بخش قبل از دستگیری. ما برای ارزیابی و تعمیر فراخوانده شدیم.

چیزی که من پیدا کردم:

• مواد مصرفی جوش: E71T-1C دارای هسته شار, 1.6میلی متر. رتبه بندی هیدروژن: 8 میلی لیتر/100 گرم معمولی.
• هیچ رکورد پیش گرمایی وجود ندارد. جوشکاران گفتند که آن را "کمی گرم کردند".
• محیط: -5° C, باد سرد ممکن است -12 درجه سانتیگراد.
• طراحی مشترک: تک اریب, 45درجه, صورت ریشه 2 میلی متر, شکاف ریشه 3 میلی متر.

ترک از انگشت پا شروع شد, در امتداد HAZ دوید, سپس به فلز جوش تبدیل شد. سطح شکستگی: براق, دانه ای. کراک سرد کلاسیک با کمک هیدروژن, با شاید مقداری تنش مهاری ناشی از عدم تطابق ضخامت فلنج.

ما فقط آن را تعمیر نکردیم. کل روش را دوباره انجام دادیم.

نسخه من:

1. سوئیچ مواد مصرفی. خارج شد شار هسته. سیم جامد GMAW با 82% Ar/18% CO2 وارد شد, هیدروژن قابل انتشار تضمین شده ≤3 میلی لیتر در 100 گرم.

2. پیش گرم کردن اجباری. 120حداقل درجه سانتیگراد. هر چک کرد 30 دقیقه.

3. کنترل دمای بین پاس. حداکثر 200 درجه سانتیگراد. آن را ثابت نگه داشت.

4. انتشار هیدروژن پس از جوش. برای 150 درجه سانتیگراد نگه دارید 2 ساعت بلافاصله پس از جوشکاری, در پتوی عایق حرارتی پیچیده شده است.

5. ساییدن انگشتان پا. خرد کردن شعاع کمی برای کاهش تمرکز استرس. این بیمه ارزان است. ده دقیقه طول می کشد. از ترک خوردن انگشتان پا جلوگیری می کند.

مفاصل ترمیم شده پس از شش ماه مجدداً بررسی شدند. هیچ نشانه ای وجود ندارد. برج همچنان پابرجاست.

شما از یک پروژه نزدیک بیشتر یاد می گیرید تا از یک پروژه عالی.

---

6. 2025 روندها: چه چیزی در حال تغییر است (و چه چیزی نیست)

در زمانی که من این را می نویسم (اوایل 2025), سه شیفت نحوه کار ما با HSS را در برج ها تغییر می دهند.

اولین: جوش رباتیک. State Grid در حال اجرای آزمایشی ربات های دروازه ای متحرک برای جوشکاری برج پایه است. اینها علمی تخیلی نیستند - آنها در ژنگژو هستند, آن ها Q690 را با قوس های هیبریدی لیزری جوش می دهند, و کنترل حرارت ورودی 0.05 ± کیلوژول بر میلی متر است. من در مورد روبات های صحرایی شک دارم, اما در مغازه های پیش ساخته, آنها بزرگترین متغیر را حذف می کنند: ناسازگاری انسانی.

دومین: فولاد TMCP. فولاد فرآوری شده با کنترل حرارتی مکانیکی در حال افزایش است. Ceq پایین, سختی بهتر. من سال گذشته یک دسته آزمایشی Q690TMCP را دیدم. Ceq بود 0.46, PCM 0.26. این به سطوح قدیمی Q420 نزدیک است. ما آن را با پیش گرم 75 درجه سانتیگراد جوش دادیم, بدون ترک خوردگی, سختی HAZ 335 HV10. اگر TMCP استاندارد شود, نیمی از سردردهای جوشکاری من ناپدید می شوند. اما هزینه هنوز 15 تا 20 درصد بالاتر است. مشتریان تردید دارند.

سوم: the 2024 DL/T 5254 اصلاحیه. این هنوز به طور گسترده شناخته نشده است, اما زبان پیش نویس اکنون به حداقل پیش گرمایش 100 درجه سانتیگراد برای هر عضو Q550+ بدون در نظر گرفتن ضخامت نیاز دارد.. این یک تغییر عمده است. قبلا, اغلب از پیش گرم کردن برای بخش های نازک صرف نظر می شد (<16میلی متر). دیگر نه. داده‌های مربوط به ترک سرد در HSS با دیواره نازک بسیار قانع‌کننده بود که بتوان نادیده گرفت.

جدول 4: 2024 پیش نویس تغییرات DL/T 5254 (جزئی, غیر رسمی)

این صنعت ضربه سختی خواهد زد. من قبلاً دیدم که تامین کنندگان عجله دارند تا Q550 را به عنوان "گرید کم پیش گرمای ممتاز" تغییر نام دهند. چاپ ریز را بخوانید.

---

7. عوامل فرهنگی و محلی که در استانداردهای ISO نخواهید دید

بگذارید یک دقیقه از متالورژی فاصله بگیرم.

من در سیچوان کار کرده ام, جایی که برج ها در صخره های ماسه سنگی لنگر انداخته اند, و تنها راه برای بالا بردن تجهیزات جرثقیل کابلی یا دستی است. من در جیانگ سو کار کرده ام, مسطح مثل یک میز, اما رطوبت قبل از اینکه سیم شما را بچرخانید زنگ می زند. من جوشکارانی را در گوانگدونگ آموزش داده‌ام که حرفه خود را در کارخانه‌های کشتی‌سازی آموخته‌اند و می‌توانند مهره‌ای عمودی را اجرا کنند که شبیه شیارهای ماشین‌کاری شده است.. و من با خدمه ای در یوننان راه دور کار کرده ام که قبل از سال گذشته هرگز Q690 را لمس نکرده بودند..

چیزی که من می دانم این است: سطح متوسط ​​جوشکاران چینی در جوشکاری موقعیتی بسیار ماهر است. مدل کارآموزی آنها قوی است. اما آنها اغلب فاقد تجهیزات و پشتیبانی هستند. یک جوشکار آمریکایی ممکن است یک مهندس جوش اختصاصی در محل داشته باشد. در چین, مهندس سایت - من - جوشکاری را پوشش می دهد, پیچ و مهره, بتن, نظرسنجی, و ایمنی. شما نمی توانید هر مشعل را ریز مدیریت کنید.

پس من این کار را نمی کنم.

من روی چند نفر منتقد تمرکز می کنم. پیش گرم کنید. Interpass. کنترل هیدروژن. اگر من آنها را درست دریافت کنم, همه چیز دیگر دنبال می شود.

همچنین: زنجیره تامین منطقه ای مهم است. در ژجیانگ, ما به الکترودهای ژاپنی LB-52U دسترسی داشتیم, هیدروژن فوق العاده کم, اما گران است. داخل کشور, ما از برندهای داخلی با تنوع بیشتر استفاده کردیم. الان هر دسته ای رو تست میکنم. اعتماد نیست, تایید کنید.

---

8. چرا من هنوز SMAW را برای روت گذرهای خاص ترجیح می دهم (در برابر همه روندها)

این در بدعت است 2025. همه دارند GMAW را فشار می دهند, FCAW, حتی لیزر هیبریدی. نرخ رسوب بالاتر. مهارت کمتری مورد نیاز است.

اما در Q690 روت می گذرد, به خصوص در موقعیت های بالای سر یا عمودی, من هنوز هم گاهی اوقات SMAW را با الکترودهای پایه مشخص می کنم. E7015, E7016. چرا?

زیرا انتقال اتصال کوتاه GMAW, مگر اینکه کاملا تنظیم شده باشد, می تواند همجوشی ناقص در سطح ریشه ایجاد کند. در HSS, این یک کرک استارت است. من به اندازه کافی ریشه های GMAW NDT در مفاصل با مهار بالا دارم تا محتاط باشم. SMAW کندتر است. بیشتر به اپراتور وابسته است. اما نیروی قوس به دیواره کناری نفوذ می کند, و یک جوشکار ماهر همجوشی را احساس می کند. این بازخورد لمسی در فرآیندهای نیمه خودکار وجود ندارد.

بنابراین روش معمول من برای اتصالات برج Q690 حیاتی است:

1. پاس ریشه SMAW, 3.2الکترود میلی متری, DCEN, 110-130A.
2. پر و درپوش GMAW, 1.2سیم میلی متری, Ar/CO2, در صورت امکان انتقال اسپری.
3. عبور درپوش آمپراژ را کاهش داد تا ساختار دانه HAZ را اصلاح کند.

مدرسه قدیمی? آره. موثر? همچنین بله.

---

9. نتیجه: جوشکار ضعیف ترین پیوند نیست - سیستم است

من از آن زمان در این صنعت هستم 1997. من شاهد تکامل فولاد برج از A3F بودم (اساسا فولاد نرم) به Q420, سپس Q550, اکنون Q690, و به زودی Q960 در پروژه های نمایشی. هر پرش در قدرت با یک جهش در سختی جوش پذیری همراه بوده است. و هر بار, واکنش فوری سرزنش جوشکار است. "تکنیک ضعیف." "عدم مهارت."

تقریباً هرگز فقط جوشکار نیست.

این بخش تدارکات است که الکترودها را بر اساس قیمت هر کیلو خریداری می کند, هیدروژن قابل انتشار نیست. این برنامه زمانی است که برای پیش گرم کردن زمان نمی گذارد. این بازرس است که یک مفصل را با گنجاندن سرباره عبور می دهد زیرا "عضو اصلی نیست". من هستم, گاهی اوقات, به اندازه کافی واضح توضیح نمی دهد که چرا باید فر الکترود را بسته نگه داریم.

فولاد با استحکام بالا در دکل‌های انتقال قدرت اینجاست. متالورژی بالغ شده است. روش های جوشکاری منتشر شده است. آنچه گم شده اراده برای اجرای آنهاست, روز از نو, شیفت پس از شیفت, بدون میانبر.

این را نوشتم زیرا از کندن شکاف هایی از HAZ که هرگز نباید ترک می خورد خسته شده ام.. این را نوشتم زیرا فناوری برای ساخت اتصالات Q690 به اندازه Q235 قابل اعتماد است. این فقط نیاز به احترام به مواد دارد.

دفعه بعد که دکل انتقال را می بینید, به جوش ها نگاه کنید. اگر صاف باشند, یکنواخت, بدون زیرساخت - کسی اهمیت داد. یکی الکترودهایش را پخت. یک نفر باران را از روی مفصل پاک کرد. شخصی از مداد رنگی درجه حرارت استفاده کرد 2 صبح. در ماه دسامبر.

اینکه کسی حلقه ضعیف نیست. این یکی دلیل روشن ماندن چراغ هاست.

---

- مهندس ارشد حوزه
22 سال ها. هنوز مداد رنگی درجه حرارت را در جیب ژاکتم حمل می کنم.