Aciers à haute résistance dans la construction de pylônes de transmission: Le point de vue d’un ingénieur de terrain sur les applications et les technologies de soudage critiques

Auteur: Ingénieur principal en soudage sur le terrain, 22 années dans la construction de lignes de transmission (1997–2019, puis consultant indépendant)
Localisations référencées: Terrain montagneux du Sichuan (500Projet kV Luzhou – Zigong), Zhejiang côtier (Mises à niveau 220 kV sujettes aux typhons), et un 2023 réparation d'urgence lors de la tempête de verglas au Hunan.

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1. Pourquoi j'ai écrit ceci et pourquoi vous devriez vous en soucier

Vous ouvrez une fiche technique pour un tour de transmission projet. Le client demande de l'acier Q690 ou même Q960. Votre responsable des achats lève un sourcil. Vos soudeurs, de bons hommes, agréé, mais habitués au Q345 et peut-être au Q420, ils vous regardent comme si vous leur aviez tendu un morceau de plaque de blindage. "Chef, ce truc craque si vous éternuez dessus.

J'y suis allé. Plus de fois que je ne peux compter.

Voici le truc: l'acier à haute résistance dans les pylônes de transmission n'est plus facultatif. La société chinoise State Grid impose désormais l’UHSS (acier à ultra haute résistance, rendement typique ≥690 MPa) pour la nouvelle ultra haute tension (Uhv) couloirs traversant le fleuve Yangtze et traversant les zones sismiques. le 2025 révision du DL/T 5254—oui, J'ai participé à certaines de ces réunions d'examen – cela repousse explicitement les plafonds de limite d'élasticité de 460 MPa à 690 MPa pour les éléments à tension critique. Pourquoi? Deux raisons, les deux sont brutalement simples: poids, et le vent.

Une portée de 100 mètres utilisant le Q690 peut réduire de 18 à 22 % le poids propre de la tour par rapport au Q420.. Ce n’est pas seulement de l’acier économisé. C'est du béton de fondation économisé. Cela réduit les déplacements en hélicoptère lorsque vous construisez sur une crête de montagne sans accès routier.. C'est pourquoi.

Mais voici ce que les codes de conception ne vous disent pas. On ne te parle pas du quart de nuit en novembre 2021, lorsqu'une torche de préchauffage a manqué de propane à mi-chemin d'un passage de racine, et le lendemain matin, nous avons trouvé une fissure de trois pouces le long de la zone affectée par la chaleur.. Ils ne vous disent pas comment discuter avec un chef de projet qui pense que « préchauffer » signifie agiter vaguement une torche en direction de l'acier pendant trente secondes..

Alors j'écris ceci. Pas en tant que professeur. Pas en tant qu'ingénieur commercial. En tant que gars qui tenait le dard, calibré le détecteur de défauts à ultrasons à 2 suis., et signé sur les joints qui ont porté 500 kV depuis maintenant six ans sans une seule panne.

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2. Comportement des matériaux: Ce qui casse réellement, et pourquoi

Commençons par l'éléphant dans l'atelier. Q690, S690, ou quel que soit le nom de marque que votre fournisseur y appose - ce produit a une ténacité inférieure dans la zone affectée par la chaleur (Haz) que l'acier doux. Période. L’équivalent carbone le plus élevé (Chèque) et la trempabilité signifient que sous refroidissement rapide, vous obtenez des îlots martensitiques. La martensite est dure. La martensite est également fragile. Soudez-le mal, et vous avez essentiellement créé un démarreur de crack intégré.

Table 1: Nuances d'acier typiques pour les tours de transmission : comparaison chimique et mécanique

\[
\texte{Chèque} =C + \fracter{mn}{6} + \fracter{Cr + Mo + V}{5} + \fracter{Dans + avec}{15}
\]

Vous voyez ce Q690 Ceq à 0.52? C’est limite pour le soudage sur le terrain sans contrôle rigoureux de l’hydrogène. Maintenant regarde Pcm. Tout ce qui est ci-dessus 0.28 commence à devenir nerveux. Q960? 0.33. Ce n'est pas une soudure; c'est un pacte de suicide si tu ne prends pas toutes les précautions.

Voici une observation personnelle: le véritable ennemi n'est pas toujours le métal fondu. C'est la ZAT à gros grains adjacente à la ligne de fusion. Dans Q690, cette zone peut voir des températures maximales >1400° C, la taille des grains atteint la norme ASTM 3 ou plus grossier, et si le refroidissement est trop rapide, bam. Vous avez une microstructure qui ressemble à du verre brisé au microscope. J'ai gravé moi-même des échantillons. je l'ai vu.

Alors pourquoi ne pas simplement le normaliser par la suite? Parce qu’on ne peut pas post-traiter thermiquement un pied de tour de 75 mètres sur le terrain. Aucun four ne convient à une tour de transmission. Vous vivez avec la microstructure telle que soudée. C'est la contrainte que nous combattons chaque jour.

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3. Le problème de l’hydrogène : et comment nous avons arrêté de prétendre qu’il n’existait pas

Fissuration à froid induite par l'hydrogène. Nous connaissons tous le nom. Nous prétendons tous que nos électrodes sont suffisamment sèches.

Ils ne le sont pas.

De retour 2015, sur le projet de renforcement côtier du Fujian, nous avons perdu sept joints sur une seule tour à cause de fissures aux orteils. Il a été découvert lors du MPI (inspection par magnétoscopie) le matin après le soudage. Le Premier ministre a insisté sur le fait qu’il s’agissait d’une « erreur du soudeur ». Ce n'était pas. C'était de l'hydrogène. Les électrodes à faible teneur en hydrogène (E7015, si tu es curieux) avait été stocké dans un entrepôt non chauffé pendant trois jours. Humidité à Fujian en avril? Quatre-vingt-cinq pour cent. Pas de cuisson. Pas de fours de maintien sur le chantier. Il suffit de « les sortir de la boîte et de les souder ».

je t'épargne les noms, mais je n'ai pas parlé à ce chef de projet pendant un mois.

Voici le correctif, et ce n'est pas négociable:

Table 2: Mesures de contrôle sur le terrain pour la gestion de l'hydrogène (Ma liste de contrôle personnelle)

Je m'en fiche si vous utilisez du fil solide, rutile fourré, ou à âme métallique. Si votre cote d'hydrogène consommable dépasse 5 mL/100g sur Q690, tu joues. Et la maison gagne toujours.

Encore une chose: préchauffer. J'ai entendu toutes les excuses. "Il fait chaud." "C'est juste une soudure de pointage." "Nous avons préchauffé le dernier joint et l'inspecteur n'a même pas vérifié." Connerie. Les soudures de pointage se fissurent en premier. Ils deviennent le site d’initiation à l’échec articulaire complet. J'ai vu une soudure de pointage (juste une petite goutte de 20 mm) déclencher une fissure qui a traversé le métal de base sur 120 mm pendant la nuit..

Maintenant, j'ai besoin de crayons indiquant la température à chaque station. Pas de pistolets infrarouges à moins d'être calibrés ce matin-là. Pas « touchez-le et voyez s’il fait chaud ». Les crayons fondent à des températures spécifiques. Ils ne mentent pas.

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4. Qualification des procédures de soudage: Ce que dit le document par rapport à. Ce qui fonctionne

Parlons du PQR (Dossier de qualification de procédure). Théoriquement, c'est un test rigoureux. En réalité, les conditions du laboratoire sont propres, le soudeur est le meilleur de l'atelier, l'aménagement est parfait, et personne ne soude par 20 noeuds de vent sur un échafaudage 30 mètres au-dessus du béton.

J'ai vu des PQR qui transmettent le S690 sans préchauffage. J'ai vu des tests d'impact CVN à -40°C qui atteignaient 150J. De beaux chiffres. Ensuite tu vas sur le site, et tu as du mal à obtenir 47J à -20°C.

Pourquoi? Taux de refroidissement.

Le coupon de test PQR est généralement une plaque épaisse, restreint, souvent soudé à plat avec un apport de chaleur généreux. Conditions de terrain? Vertical vers le haut, accès restreint, sections plus fines qui refroidissent plus rapidement. Refroidissement plus rapide = dureté plus élevée = ténacité inférieure.

Ma règle: Réduire le PQR. Si le laboratoire dit 1.5 kJ/mm est acceptable, viser 1,8 à 2,0 kJ/mm sur le terrain. Si le laboratoire dit un préchauffage à 100°C, donne-moi 120°C. Construire une marge.

Voici un cas. 2022, une 690 Joint de remplacement MPa sur une tour de passage du fleuve Yangtze. Le PQR d'origine utilisait du GMAW avec Ar+20 % de CO2, 1.2fil mm, apport de chaleur 1.3 kJ/mm. Encoche en V Charpy à -40°C en moyenne 89J. Bien. Sur place, première soudure de production - mêmes paramètres - échec UT. Nous l'avons découpé. Le laboratoire a testé la dureté HAZ: 412 HV10. C’est limite pour la fissuration sous contrainte des sulfures, peu importe le craquage à froid.

Nous avons augmenté l'apport de chaleur à 1.7 kJ/mm en ralentissant la vitesse de déplacement et en élargissant légèrement le tissage. La dureté est tombée à 365 HV10. UT retesté: passé. Dureté? Jamais mesuré sur place, mais la dureté a raconté l'histoire.

Table 3: Effet de l'apport de chaleur sur la dureté HAZ (Q690D, 20plaque de mm, mesuré par moi)

Trop bas et tu es dur. Trop haut (plus de 2.0 kJ/mm) et le grossissement des grains vous coûte de toute façon de la ténacité. Point idéal pour le soudage sur site Q690: 1.6–1,9 kJ/mm.

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5. Selon la Chine 2023, Hunan: Une étude de cas en quasi-échec

Tempête de verglas. Réseau électrique du Hunan. Le bras transversal d'une tour de 220 kV (en acier Q690) s'est rompu au niveau d'une soudure de bride. Pas d'effondrement, heureusement. La fissure s'est propagée 60% à travers la section avant l'arrestation. Nous avons été appelés pour évaluer et réparer.

Ce que j'ai trouvé:

• Consommables de soudage: E71T-1C fourré, 1.6mm. Classement hydrogène: 8 mL/100g typique.
• Aucun enregistrement de préchauffage. Les soudeurs ont déclaré qu’ils « l’avaient réchauffé un peu ».
• Ambiant: -5° C, refroidissement éolien peut-être -12°C.
• Conception commune: simple biseau, 45°, face racine 2mm, écart de racine 3mm.

Fissure initiée au pied, j'ai couru le long de la ZAT, puis transformé en métal soudé. Surface de fracture: brillant, granulaire. Fissure à froid classique assistée par hydrogène, avec peut-être une certaine contrainte de retenue due à la non-concordance de l'épaisseur de la bride.

Nous ne l'avons pas seulement réparé. Nous avons refait toute la procédure.

Mon ordonnance:

1. Changer de consommable. Le fil fourré est sorti. Un fil solide GMAW est arrivé avec 82 % Ar/18 % CO2, hydrogène diffusible garanti ≤3 mL/100g.

2. Préchauffage obligatoire. 120°C minimum. Vérifié chaque 30 minutes.

3. Contrôle de la température entre passes. Max 200°C. Il est resté cohérent.

4. Libération d'hydrogène après soudage. Maintenir à 150°C pendant 2 heures immédiatement après le soudage, enveloppé dans une couverture d'isolation thermique.

5. Grincer les orteils. Meulage léger pour réduire la concentration de stress. C'est une assurance bon marché. Prend dix minutes. Empêche les fissures des orteils.

Joints réparés réinspectés après six mois. Aucune indication. La tour est toujours debout.

Vous apprenez plus d’un quasi-accident que d’un projet parfait.

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6. 2025 Tendances: Ce qui change (et ce qui ne l'est pas)

Au moment où j'écris ceci (tôt 2025), trois équipes remodèlent notre façon de travailler avec HSS dans les tours.

Première: soudage robotique. State Grid pilote des robots à portique mobile pour le soudage en atelier des pieds de tour. Ce n’est pas de la science-fiction, c’est à Zhengzhou, ils soudent le Q690 avec des arcs laser hybrides, et le contrôle de l'apport de chaleur est de ±0,05 kJ/mm. Je suis sceptique quant aux robots de terrain, mais dans les ateliers de préfabrication, ils éliminent la plus grande variable: incohérence humaine.

Seconde: Acier TMCP. L'acier traité thermomécaniquement contrôlé gagne du terrain. Ceq inférieur, meilleure ténacité. J'ai vu un lot d'essai de Q690TMCP l'année dernière. Ceq était 0.46, PCM 0.26. C'est proche des anciens niveaux du Q420. Nous l'avons soudé avec un préchauffage à 75°C, pas de fissuration, Dureté HAZ 335 HV10. Si le TMCP devient la norme, la moitié de mes maux de tête liés au soudage disparaissent. Mais le coût reste 15 à 20 % plus élevé. Les clients hésitent.

Troisième: la 2024 DL/T 5254 amendement. Ce n'est pas encore largement connu, mais le projet de texte exige désormais un préchauffage minimum de 100 °C pour tout élément Q550+, quelle que soit son épaisseur.. C'est un changement majeur. Précédemment, le préchauffage était souvent supprimé pour les sections minces (<16mm). Pas plus. Les données sur la fissuration à froid des HSS à parois minces étaient trop convaincantes pour être ignorées..

Table 4: 2024 Projet de modifications à DL/T 5254 (Partiel, Non officiel)

Cela frappera durement l’industrie. J’ai déjà vu des fournisseurs se précipiter pour rebaptiser le Q550 en « qualité premium à faible préchauffage ». Lire les petits caractères.

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7. Facteurs culturels et locaux que vous ne verrez pas dans les normes ISO

Laisse-moi m'éloigner de la métallurgie pendant une minute.

J'ai travaillé au Sichuan, où les tours sont ancrées dans des falaises de grès, et la seule façon de faire monter l'équipement est par câble roulant ou à la main. J'ai travaillé dans le Jiangsu, plat comme une table, mais l'humidité fait rouiller ton fil avant de l'enrouler. J'ai formé des soudeurs dans le Guangdong qui ont appris leur métier sur des chantiers navals et pouvaient exécuter un cordon vertical qui ressemblait à des rainures usinées.. Et j'ai travaillé avec des équipages dans la région reculée du Yunnan qui n'avaient jamais touché au Q690 avant l'année dernière..

Ce que je sais c'est: Le niveau moyen des soudeurs chinois est extrêmement compétent en soudage de position. Leur modèle d'apprentissage est solide. Mais ils sont souvent sous-équipés et sous-supportés.. Un soudeur américain peut avoir un ingénieur en soudage dédié sur place. En Chine, l'ingénieur du site, moi, s'occupe du soudage, verrouillage, béton, enquête, et la sécurité. Vous ne pouvez pas microgérer chaque torche.

Donc je ne le fais pas.

Je me concentre sur les quelques points critiques. Préchauffer. Interpass. Contrôle de l'hydrogène. Si je comprends bien, tout le reste suit.

Aussi: les chaînes d’approvisionnement régionales sont importantes. Dans le Zhejiang, nous avons eu accès aux électrodes japonaises LB-52U, hydrogène ultra faible, mais cher. Intérieur, nous avons utilisé des marques nationales avec une plus grande variabilité. Je teste chaque lot maintenant. Pas confiance, vérifier.

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8. Pourquoi je préfère toujours SMAW pour certains passages racine (À contre-courant de toutes les tendances)

C'est une hérésie dans 2025. Tout le monde pousse GMAW, FCAW, même le laser hybride. Des taux de dépôt plus élevés. Moins de compétences nécessaires.

Mais sur Q690, la racine passe, surtout en position aérienne ou verticale, Je précise encore parfois SMAW avec des électrodes basiques. E7015, E7016. Pourquoi?

Parce que le transfert de court-circuit GMAW, à moins d'être parfaitement réglé, peut produire une fusion incomplète au niveau de la face radiculaire. En HSS, c'est un démarreur génial. J'ai fait suffisamment de CND sur des racines GMAW sur des articulations à haute contrainte pour être prudent. SMAW est plus lent. C'est plus dépendant de l'opérateur. Mais la force de l'arc s'enfonce dans le flanc, et un soudeur expérimenté sent la fusion. Ce retour tactile est absent dans les processus semi-automatiques.

Donc, ma procédure typique pour les joints critiques de la tour Q690:

1. Passage racine SMAW, 3.2électrode mm, DCEN, 110–130A.
2. Remplissage et bouchage GMAW, 1.2fil mm, Ar/CO2, transfert par pulvérisation si possible.
3. Cap pass ampérage réduit pour affiner la structure du grain HAZ.

Vieille école? Oui. Efficace? Oui aussi.

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9. Conclusion: Le soudeur n’est pas le maillon le plus faible : le système l’est

Je suis dans ce secteur depuis 1997. J'ai vu l'acier des tours évoluer depuis l'A3F (essentiellement en acier doux) à Q420, puis Q550, maintenant Q690, et bientôt Q960 sur des projets de démonstration. Chaque saut en résistance s'est accompagné d'un saut en difficulté de soudabilité. Et à chaque fois, la réaction immédiate est de blâmer le soudeur. "Mauvaise technique." "Manque de compétence."

Ce n'est presque jamais seulement le soudeur.

C’est le service achats qui achète les électrodes en fonction du prix au kilo, hydrogène non diffusible. C’est le planning qui ne laisse pas de temps pour le préchauffage. C’est l’inspecteur qui passe un joint avec inclusion de laitier car « ce n’est pas un membre primaire ». C'est moi, parfois, n'expliquant pas assez clairement pourquoi nous devons garder le four à électrodes fermé.

L'acier à haute résistance dans les pylônes de transmission est là pour rester. La métallurgie est mature. Les procédures de soudage sont publiées. Ce qui manque, c'est la volonté de les exécuter, jour après jour, quart de travail après quart de travail, sans raccourcis.

J'ai écrit ceci parce que j'en ai marre de creuser des fissures dans des HAZ qui n'auraient jamais dû se fissurer.. J'ai écrit ceci parce que la technologie existe pour rendre les joints Q690 aussi fiables que le Q235.. Cela demande juste le respect du matériel.

La prochaine fois que tu verras une tour de transmission, regarde les soudures. S'ils sont lisses, uniforme, pas de contre-dépouille - quelqu'un s'en souciait. Quelqu'un a cuit ses électrodes. Quelqu'un a essuyé la pluie sur le joint. Quelqu'un a utilisé un crayon de température à 2 Appelez-nous. en décembre.

Que quelqu'un n'est pas le maillon faible. Ce quelqu'un est la raison pour laquelle les lumières restent allumées.

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— Ingénieur de terrain principal
22 années. J'ai toujours un crayon de température dans la poche de ma veste.