Keluli Berkekuatan Tinggi dalam Pembinaan Menara Penghantaran: Perspektif Jurutera Lapangan tentang Aplikasi dan Teknologi Kimpalan Kritikal

Pengarang: Jurutera Kimpalan Medan Kanan, 22 tahun dalam pembinaan talian penghantaran (1997–2019, kemudian perunding bebas)
Lokasi yang dirujuk: Kawasan pergunungan Sichuan (500Projek kV Luzhou–Zigong), pantai Zhejiang (peningkatan 220kV yang terdedah kepada taufan), dan a 2023 pembaikan kecemasan dalam ribut ais Hunan.

---

1. Mengapa Saya Menulis Ini—dan Mengapa Anda Perlu Peduli

Anda membuka helaian spesifikasi untuk a menara penghantaran projek. Pelanggan menuntut keluli Q690 atau Q960. Lelaki perolehan anda mengangkat kening. Pengimpal anda—lelaki yang baik, diperakui, tetapi digunakan untuk Q345 dan mungkin beberapa Q420-mereka melihat anda seperti anda hanya menyerahkan seketul plat perisai kepada mereka. “Bos, barang ini retak jika anda bersin di atasnya."

saya pernah ke sana. Lebih banyak kali daripada yang saya boleh kira.

Inilah perkaranya: keluli berkekuatan tinggi di menara penghantaran bukan pilihan lagi. Grid Negeri China kini memberi mandat kepada UHSS (keluli kekuatan ultra tinggi, biasanya menghasilkan ≥690 MPa) untuk voltan ultra tinggi baharu (Uhv) koridor merentasi Sungai Yangtze dan melalui zon seismik. yang 2025 semakan DL/T 5254—ya, Saya menghadiri beberapa mesyuarat semakan tersebut—dengan jelas menolak siling kekuatan hasil daripada 460 MPa kepada 690 MPa untuk anggota ketegangan kritikal. kenapa? Dua sebab, kedua-duanya sangat sederhana: berat badan, dan angin.

Rentang 100 meter menggunakan Q690 boleh mengurangkan 18–22% berat sendiri menara berbanding Q420. Itu bukan hanya keluli yang disimpan. Itu konkrit asas disimpan. Itulah perjalanan lif helikopter dikurangkan apabila anda membina di atas rabung gunung tanpa akses jalan. Itulah sebabnya.

Tetapi inilah perkara yang tidak diberitahu oleh kod reka bentuk kepada anda. Mereka tidak memberitahu anda tentang syif malam pada bulan November 2021, apabila obor prapemanasan kehabisan propana separuh melalui laluan akar, dan keesokan paginya kami mendapati retak tiga inci berjalan di sepanjang zon terjejas haba. Mereka tidak memberitahu anda cara berhujah dengan pengurus projek yang menganggap "pemanasan awal" bermakna melambai obor secara samar-samar ke arah keluli selama tiga puluh saat.

Jadi saya menulis ini. Bukan sebagai profesor. Bukan sebagai jurutera jualan. Sebagai seorang lelaki yang memegang penyengat, menentukur pengesan kecacatan ultrasonik di 2 a.m., dan ditandatangani pada sendi yang telah dibawa 500 kV selama enam tahun sekarang tanpa satu kegagalan pun.

---

2. Tingkah Laku Bahan: Apa Sebenarnya Memecahkan, dan Mengapa

Mari kita mulakan dengan gajah di bengkel. Q690, S690, atau apa sahaja nama proprietari yang dicap oleh pembekal anda padanya—bahan ini mempunyai keliatan yang lebih rendah di zon yang terjejas oleh haba (Haz) daripada keluli lembut. Tempoh. Setara karbon yang lebih tinggi (Ceq) dan kebolehkerasan bermakna di bawah penyejukan pantas, anda mendapat pulau martensit. Martensit adalah keras. Martensit juga rapuh. Silap kimpal, dan pada dasarnya anda telah mencipta pemula retak terbina dalam.

Jadual 1: Gred Keluli Menara Penghantaran Biasa—Perbandingan Kimia dan Mekanikal

\[
\teks{Ceq} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Dalam + dengan}{15}
\]

Anda lihat bahawa Q690 Ceq di 0.52? Itu adalah sempadan untuk kimpalan medan tanpa kawalan hidrogen yang ketat. Sekarang lihat Pcm. Apa-apa sahaja di atas 0.28 mula gementar. Q960? 0.33. Itu bukan kimpalan; itu pakatan bunuh diri jika anda tidak mengambil setiap langkah berjaga-jaga.

Berikut adalah pemerhatian peribadi: musuh sebenar tidak selalunya logam kimpalan. Ia adalah HAZ berbutir kasar bersebelahan dengan garis gabungan. Pada Q690, zon itu boleh melihat suhu puncak >1400° C, saiz bijian pucuk sehingga ASTM 3 atau lebih kasar, dan jika penyejukan terlalu cepat—bam. Anda mempunyai struktur mikro yang kelihatan seperti kaca pecah di bawah mikroskop. Saya sendiri telah mengukir sampel. Saya telah melihatnya.

Jadi mengapa tidak normalkan sahaja selepas itu? Kerana anda tidak boleh merawat kaki menara setinggi 75 meter di padang. Tiada relau yang sesuai dengan menara penghantaran. Anda hidup dengan struktur mikro yang dikimpal sebagai. Itulah kekangan yang kami lawan setiap hari.

---

3. Masalah Hidrogen—Dan Cara Kami Berhenti Berpura-pura Ia Tiada

Keretakan sejuk akibat hidrogen. Kita semua tahu nama itu. Kita semua berpura-pura elektrod kita cukup kering.

mereka tidak.

masuk semula 2015, mengenai projek pengukuhan pantai Fujian, kami kehilangan tujuh sendi pada satu menara kerana keretakan kaki. Ia ditemui semasa MPI (pemeriksaan zarah magnetik) pagi selepas mengimpal. PM menegaskan ia adalah "kesilapan kimpalan." Ia tidak. Ia adalah hidrogen. Elektrod hidrogen rendah (E7015, jika anda ingin tahu) telah disimpan di dalam gudang yang tidak dipanaskan selama tiga hari. Kelembapan di Fujian pada bulan April? Lapan puluh lima peratus. Tiada baking. Tidak boleh memegang ketuhar di tapak kerja. Hanya "keluarkannya dari kotak dan kimpal."

Saya akan memberikan anda nama, tetapi saya tidak bercakap dengan pengurus projek itu selama sebulan.

Inilah pembaikan, dan ia tidak boleh dirunding:

Jadual 2: Langkah Kawalan Medan untuk Pengurusan Hidrogen (Senarai Semak Peribadi Saya)

Saya tidak kisah jika anda menggunakan wayar pepejal, berteras fluks rutil, atau berteras logam. Jika penarafan hidrogen boleh guna anda melebihi 5 mL/100g pada Q690, anda berjudi. Dan rumah itu sentiasa menang.

Lagi satu: panaskan dahulu. Saya telah mendengar setiap alasan. “Cuaca panas.” "Ia hanya kimpalan jelujur." "Kami memanaskan sambungan terakhir dan pemeriksa tidak pun memeriksa." mengarut. Kimpalan tack retak terlebih dahulu. Mereka menjadi tapak permulaan untuk kegagalan sendi sepenuhnya. Saya telah melihat kimpalan jelujur—hanya sedikit gumpalan 20mm—memulakan retakan sepanjang 120mm melalui logam asas semalaman.

Sekarang saya memerlukan krayon penunjuk suhu di setiap stesen. Bukan senapang inframerah melainkan ditentukur pagi itu. Bukan "sentuh dan lihat jika ia panas." Krayon cair pada suhu tertentu. Mereka tidak berbohong.

---

4. Kelayakan Prosedur Kimpalan: Apa yang Dikatakan oleh Kertas vs. Apa yang Berfungsi

Mari kita bercakap tentang PQR (Rekod Kelayakan Prosedur). Secara teori, ia adalah ujian yang berat. Dalam realiti, keadaan makmal bersih, pengimpal adalah yang terbaik di kedai, fit-up adalah sempurna, dan tiada siapa yang mengimpal dalam angin 20 simpul pada perancah 30 meter di atas konkrit.

Saya telah melihat PQR yang melepasi S690 tanpa prapanas. Saya telah melihat ujian impak CVN pada -40°C yang mencecah 150J. Nombor cantik. Kemudian anda pergi ke tapak, dan anda sedang bergelut untuk mendapatkan 47J pada -20°C.

kenapa? Kadar penyejukan.

Kupon ujian PQR biasanya plat tebal, dihalang, selalunya dikimpal dalam kedudukan rata dengan input haba yang banyak. Keadaan padang? Menegak-atas, akses terhad, bahagian nipis yang lebih cepat sejuk. Penyejukan yang lebih cepat = kekerasan yang lebih tinggi = keliatan yang lebih rendah.

Peraturan saya: Kurangkan PQR. Jika makmal berkata 1.5 kJ/mm boleh diterima, sasarkan 1.8–2.0 kJ/mm di lapangan. Jika makmal mengatakan 100°C panaskan dahulu, berikan saya 120°C. Bina dalam margin.

Berikut adalah satu kes. 2022, yang 690 Sambung ganti MPa di menara penyeberangan Sungai Yangtze. PQR asal menggunakan GMAW dengan Ar+20%CO2, 1.2dawai mm, input haba 1.3 kJ/mm. Takik V Charpy pada -40°C purata 89J. Baik. Di tapak, kimpalan pengeluaran pertama—parameter yang sama— gagal UT. Kami memotongnya. Makmal menguji kekerasan HAZ: 412 HV10. Itu adalah sempadan untuk keretakan tegasan sulfida, tak kisah sejuk retak.

Kami terlanggar input haba ke 1.7 kJ/mm dengan memperlahankan kelajuan perjalanan dan melebarkan sedikit jalinan. Kekerasan menurun kepada 365 HV10. Diuji semula UT: lulus. Kekuatan? Tidak pernah diukur di tapak, tetapi kerasnya bercerita.

Jadual 3: Kesan Input Haba pada Kekerasan HAZ (Q690D, 20plat mm, diukur oleh saya)

Terlalu rendah dan anda sukar. Terlalu tinggi (lebih 2.0 kJ/mm) dan pengkasaran bijirin menyebabkan anda ketangguhan. Sweet spot untuk kimpalan medan Q690: 1.6–1.9 kJ/mm.

---

5. Disember 2023, Hunan: Kajian Kes Hampir Gagal

Ribut ais. Grid kuasa Hunan. Lengan silang menara 220kV—keluli Q690—gagal pada kimpalan bebibir. Tiada keruntuhan, alhamdulillah. Retak itu merebak 60% melalui seksyen sebelum ditangkap. Kami dipanggil untuk menilai dan membaiki.

Apa yang saya dapati:

• Bahan habis pakai kimpalan: E71T-1C berteras fluks, 1.6mm. Penarafan hidrogen: 8 mL/100g biasa.
• Tiada rekod prapanas. Jurukimpal berkata mereka "memanaskannya sedikit."
• Ambien: -5° C, angin sejuk mungkin -12°C.
• Reka bentuk bersama: serong tunggal, 45°, muka akar 2mm, jurang akar 3mm.

Retak dimulakan pada jari kaki, berlari di sepanjang HAZ, kemudian bertukar menjadi logam kimpalan. Permukaan patah: berkilat, berbutir. Retak sejuk dibantu hidrogen klasik, dengan mungkin beberapa tekanan kekangan daripada ketidakpadanan ketebalan bebibir.

Kami bukan sahaja membaikinya. Kami mengubah keseluruhan prosedur.

preskripsi saya:

1. Suis boleh guna. Keluar berteras fluks. Masuk wayar pepejal GMAW dengan 82%Ar/18%CO2, hidrogen boleh meresap dijamin ≤3 mL/100g.

2. Prapanas wajib. 120°C minimum. Disemak setiap 30 minit.

3. Kawalan suhu antara laluan. Max 200°C. Terus konsisten.

4. Pelepasan hidrogen selepas kimpalan. Tahan pada suhu 150°C untuk 2 jam sejurus selepas kimpalan, dibalut dengan selimut penebat haba.

5. Mengisar jari kaki. Kisar jejari sedikit untuk mengurangkan kepekatan tekanan. Ini adalah insurans murah. Mengambil masa sepuluh minit. Mencegah keretakan kaki.

Sendi yang dibaiki diperiksa semula selepas enam bulan. Tiada petunjuk. Menara itu masih berdiri.

Anda belajar lebih banyak daripada yang hampir terlepas daripada projek yang sempurna.

---

6. 2025 Trend: Apa yang Berubah (dan Apa yang Tidak)

Pada masa saya menulis ini (awal 2025), tiga syif sedang membentuk semula cara kami bekerja dengan HSS di menara.

pertama: kimpalan robot. State Grid sedang memandu robot gantri mudah alih untuk kimpalan kedai kaki menara. Ini bukan fiksyen sains—ia berada di Zhengzhou, mereka mengimpal Q690 dengan arka hibrid laser, dan kawalan input haba ialah ±0.05 kJ/mm. Saya ragu-ragu tentang robot lapangan, tetapi di kedai pasang siap, mereka menghapuskan pembolehubah tunggal terbesar: ketidakselarasan manusia.

kedua: Keluli TMCP. Keluli diproses yang dikawal secara termo-mekanikal semakin mendapat tempat. Ceq bawah, ketangguhan yang lebih baik. Saya melihat kumpulan percubaan Q690TMCP tahun lepas. Ceq tadi 0.46, Pcm 0.26. Itu hampir dengan tahap Q420 lama. Kami mengimpalnya dengan prapanas 75°C, tiada keretakan, Kekerasan HAZ 335 HV10. Jika TMCP menjadi standard, separuh sakit kepala kimpalan saya hilang. Tetapi kos masih 15-20% lebih tinggi. Pelanggan teragak-agak.

ketiga: yang 2024 DL/T 5254 pindaan. Ini belum diketahui secara meluas, tetapi bahasa draf kini memerlukan pemanasan awal minimum 100°C untuk mana-mana ahli Q550+ tanpa mengira ketebalan. Itulah anjakan besar. Sebelum ini, prapanas selalunya diketepikan untuk bahagian nipis (<16mm). Tidak lagi. Data tentang keretakan sejuk dalam HSS berdinding nipis terlalu menarik untuk diabaikan.

Jadual 4: 2024 Draf Perubahan kepada DL/T 5254 (separa, Tidak rasmi)

Ini akan menjejaskan industri dengan teruk. Saya telah melihat pembekal bergegas untuk menjenamakan semula Q550 sebagai "gred prapanas rendah premium." Baca cetakan halus.

---

7. Faktor Budaya dan Tempatan yang Anda Tidak Akan Lihat dalam Piawaian ISO

Izinkan saya pergi dari metalurgi sebentar.

Saya telah bekerja di Sichuan, di mana menara berlabuh ke tebing batu pasir, dan satu-satunya cara untuk mendapatkan peralatan adalah dengan kren kabel atau dengan tangan. Saya telah bekerja di Jiangsu, rata seperti meja, tetapi kelembapan menyebabkan wayar anda berkarat sebelum anda mengelilinginya. Saya telah melatih pengimpal di Guangdong yang mempelajari perdagangan mereka di limbungan kapal dan boleh menjalankan manik menegak yang kelihatan seperti alur dimesin. Dan saya telah bekerja dengan krew di Yunnan terpencil yang tidak pernah menyentuh Q690 sebelum tahun lepas.

Apa yang saya tahu ialah: Tahap purata pengimpal Cina sangat mahir dalam kimpalan kedudukan. Model perantisan mereka kuat. Tetapi mereka selalunya kurang lengkap dan kurang disokong. Seorang pengimpal Amerika mungkin mempunyai jurutera kimpalan yang berdedikasi di tapak. Di China, jurutera tapak—saya—merangkumi kimpalan, bolt, konkrit, tinjauan, dan keselamatan. Anda tidak boleh menguruskan mikro setiap obor.

Jadi saya tidak.

Saya memberi tumpuan kepada beberapa yang kritikal. Panaskan dahulu. Interpass. Kawalan hidrogen. Jika saya mendapat yang betul, semua yang lain menyusul.

juga: rantaian bekalan serantau penting. Di Zhejiang, kami mempunyai akses kepada elektrod LB-52U Jepun, hidrogen ultra rendah, tapi mahal. Pedalaman, kami menggunakan jenama domestik dengan kebolehubahan yang lebih tinggi. Saya menguji setiap kumpulan sekarang. Tidak amanah, mengesahkan.

---

8. Mengapa Saya Masih Memilih SMAW untuk Pas Root Tertentu (Menentang Semua Trend)

Ini adalah ajaran sesat 2025. Semua orang menolak GMAW, FCAW, malah laser hibrid. Kadar pemendapan yang lebih tinggi. Kurang kemahiran yang diperlukan.

Tetapi pada pas akar Q690, terutamanya dalam kedudukan atas atau menegak, Saya masih kadang-kadang menentukan SMAW dengan elektrod asas. E7015, E7016. kenapa?

Kerana pemindahan litar pintas GMAW, melainkan ditala dengan sempurna, boleh menghasilkan gabungan yang tidak lengkap pada muka akar. Dalam HSS, itu adalah permulaan retak. Saya sudah cukup NDT akar GMAW pada sendi kekangan tinggi untuk berhati-hati. SMAW lebih perlahan. Ia lebih bergantung kepada pengendali. Tetapi daya arka menggali ke dalam dinding sisi, dan pengimpal yang mahir merasakan gabungan itu. Maklum balas sentuhan itu tiada dalam proses separa automatik.

Jadi prosedur biasa saya untuk sambungan menara Q690 kritikal:

1. Pas akar SMAW, 3.2elektrod mm, DCEN, 110–130A.
2. Isi dan penutup GMAW, 1.2dawai mm, Ar/CO2, pemindahan semburan jika boleh.
3. Cap pass mengurangkan amperage untuk menapis struktur butiran HAZ.

Sekolah lama? ya. Berkesan? Juga ya.

---

9. kesimpulan: Jurukimpal Bukan Pautan Paling Lemah—Sistemnya

Saya telah berada dalam industri ini sejak itu 1997. Saya telah melihat keluli menara berkembang daripada A3F (pada asasnya keluli lembut) kepada Q420, kemudian Q550, sekarang Q690, dan tidak lama lagi Q960 mengenai projek demonstrasi. Setiap lompatan dalam kekuatan telah disertai dengan lompatan dalam kesukaran kebolehkimpalan. Dan setiap kali, tindak balas segera adalah untuk menyalahkan pengimpal. "Teknik yang lemah." “Kurang kemahiran.”

Ia hampir tidak pernah hanya pengimpal.

Ia adalah jabatan perolehan yang membeli elektrod berdasarkan harga sekilo, bukan hidrogen boleh meresap. Ia adalah jadual yang tidak membenarkan masa untuk pemanasan awal. Pemeriksalah yang melepasi sambungan dengan kemasukan sanga kerana "ia bukan ahli utama." Ini saya, kadang -kadang, tidak menjelaskan dengan cukup jelas mengapa kita perlu memastikan ketuhar elektrod tertutup.

Keluli berkekuatan tinggi di menara penghantaran sentiasa ada. Metalurgi adalah matang. Prosedur kimpalan diterbitkan. Apa yang hilang ialah kemahuan untuk melaksanakannya, hari demi hari, syif demi syif, tanpa jalan pintas.

Saya menulis ini kerana saya bosan mengorek keretakan daripada HAZ yang sepatutnya tidak pernah retak. Saya menulis ini kerana teknologi wujud untuk menjadikan sambungan Q690 boleh dipercayai seperti Q235. Ia hanya memerlukan penghormatan terhadap bahan.

Lain kali anda melihat menara penghantaran, lihat pada kimpalan. Jika mereka lancar, seragam, tiada undercut—seseorang mengambil berat. Seseorang membakar elektrod mereka. Seseorang mengelap hujan dari sendi. Seseorang menggunakan krayon suhu di 2 a.m. pada bulan Disember.

Seseorang itu bukan penghubung yang lemah. Seseorang itulah sebabnya lampu kekal menyala.

---

- Jurutera Kanan Lapangan
22 tahun. Masih membawa krayon suhu di dalam poket jaket saya.