Высокопрочные стали в строительстве опор электропередач: Взгляд полевого инженера на области применения и критические сварочные технологии

Автор: Старший инженер по сварке, 22 лет в строительстве линий электропередачи (1997–2019 г., затем независимый консультант)
Упомянутые местоположения: Гористая местность провинции Сычуань (500Проект кВ Лучжоу – Цзыгун), прибрежный Чжэцзян (модернизация 220 кВ, подверженная тайфунам), и 2023 Аварийный ремонт во время ледяного шторма в провинции Хунань.

---

1. Почему я это написал и почему вас это должно волновать

Вы открываете спецификацию для передача башни проект. Клиент требует сталь Q690 или даже Q960.. Ваш специалист по закупкам поднимает бровь. Ваши сварщики — молодцы, проверенный, но привык к Q345 и, возможно, к Q420 — они смотрят на тебя так, будто ты только что вручил им кусок брони. «Босс, эта штука треснет, если на нее чихнуть.

я был там. Больше раз, чем я могу сосчитать.

Вот в чем дело: высокопрочная сталь в опорах ЛЭП больше не является обязательной. Государственная энергосистема Китая теперь требует UHSS (сверхвысокопрочная сталь, обычно выход ≥690 МПа) для нового сверхвысокого напряжения (UHV) коридоры через реку Янцзы и через сейсмические зоны. The 2025 доработка DL/T 5254 — да, Я присутствовал на некоторых из этих обзорных совещаний — явно отодвигал потолок предела текучести от 460 МПа до 690 МПа для элементов критического напряжения. Почему? Две причины, оба ужасно простые: вес, и ветер.

Пролет длиной 100 метров с использованием Q690 может снизить собственный вес башни на 18–22% по сравнению с Q420.. Это не просто сталь спасена. Это фундаментный бетон сохранен. Это означает, что количество поездок на вертолете сокращается, когда вы строите на горном хребте без доступа к дороге.. Вот почему.

Но вот о чем вам не говорят коды проектирования. Вам не говорят про ночную смену в ноябре 2021, когда в горелке предварительного нагрева закончился пропан на середине корневого прохода, а на следующее утро мы обнаружили трехдюймовую трещину, идущую по зоне термического влияния. Они не расскажут вам, как спорить с руководителем проекта, который думает, что «предварительный нагрев» означает неопределенное помахивание факелом в направлении стали в течение тридцати секунд..

Поэтому я пишу это. Не как профессор. Не как инженер по продажам. Как парень, который держал жало, откалибровал ультразвуковой дефектоскоп на 2 являюсь., и подписали суставы, которые несли 500 кВ уже шесть лет без единой аварии.

---

2. Поведение материала: Что на самом деле ломается, и почему

Начнем со слона в мастерской. Q690, S690, или какое фирменное наименование проштамповал на нем ваш поставщик — этот материал имеет меньшую прочность в зоне термического воздействия (Азартный) чем мягкая сталь. Период. Чем выше углеродный эквивалент (Чек) и прокаливаемость означают, что при быстром охлаждении, вы получите мартенситные острова. Мартенсит твердый. Мартенсит также хрупкий.. Сварить неправильно, и вы, по сути, создали встроенный крэк-стартер.

Таблица 1: Типичные марки стали для опор трансмиссии — химическое и механическое сравнение

\[
\текст{Чек} = С + \фрака{Миннесота}{6} + \фрака{Кр + Мо + V}{5} + \фрака{В + с}{15}
\]

Вы видите, что Q690 Ceq по адресу 0.52? Это предел для полевой сварки без строгого контроля содержания водорода.. Теперь посмотрим на ПКМ. Все, что выше 0.28 начинает нервничать. Q960? 0.33. Это не сварка; это договор о самоубийстве, если не принять все меры предосторожности.

Вот личное наблюдение: настоящий враг не всегда металл сварного шва. Это крупнозернистая ЗТВ, примыкающая к линии сплавления.. В Q690, в этой зоне могут наблюдаться пиковые температуры >1400° С, размер зерна достигает ASTM 3 или грубее, а если охлаждение слишком быстрое — бац. У вас есть микроструктура, которая под микроскопом выглядит как битое стекло.. Я сам гравировал образцы. я это видел.

Так почему бы просто не нормализовать это потом?? Потому что 75-метровую опору башни нельзя подвергнуть термообработке в полевых условиях.. Ни одна печь не подходит для опорной башни. Вы живете с микроструктурой в исходном состоянии. Это ограничение, с которым мы боремся каждый день..

---

3. Проблема водорода – и как мы перестали притворяться, что его не существует

Холодное растрескивание, вызванное водородом. Мы все знаем имя. Мы все притворяемся, что наши электроды достаточно сухие..

Они не.

Назад в 2015, по проекту укрепления побережья провинции Фуцзянь, мы потеряли семь суставов на одной башне из-за трещин на пальцах ног. Это было обнаружено во время MPI. (магнитопорошковый контроль) утро после сварки. Премьер-министр заявил, что это «ошибка сварщика». Это не было. Это был водород. Низководородные электроды (E7015, если тебе интересно) три дня хранился на неотапливаемом складе. Влажность в Фуцзянь в апреле? Восемьдесят пять процентов. Без выпечки. На рабочем месте отсутствуют печи для выдержки. Просто «достаньте их из коробки и сварите».

Я избавлю тебя от имен, но я не разговаривал с этим менеджером проекта целый месяц.

Вот исправление, и это не подлежит обсуждению:

Таблица 2: Меры по контролю за водородом (Мой личный контрольный список)

Меня не волнует, используете ли вы сплошную проволоку, рутиловая порошковая проволока, или с металлическим сердечником. Если ваш расходный водородный рейтинг превышает 5 мл/100 г на Q690, ты играешь в азартные игры. И дом всегда побеждает.

Еще одна вещь: подогреть. Я слышал каждое оправдание. «Погода теплая». «Это просто прихватка». «Мы предварительно нагрели последний стык, а инспектор даже не проверил». Чушь собачья. Прихваточные сварные швы трескаются первыми.. Они становятся местом инициации полного разрушения суставов.. Я видел, как прихваточный шов — всего лишь небольшая капля диаметром 20 мм — вызвал трещину, которая за ночь прошла через основной металл на 120 мм..

Теперь на каждой станции мне нужны мелки с указанием температуры.. Не инфракрасные пушки, если они не откалиброваны этим утром.. А не «потрогать и посмотреть, горячий ли он». Мелки плавятся при определенных температурах.. Они не лгут.

---

4. Квалификация сварочных процедур: Что говорит газета против. Что работает

Давайте поговорим о PQR (Протокол квалификации процедуры). В теории, это строгий тест. На самом деле, условия в лаборатории чистые, сварщик лучший в цеху, посадка идеальна, и никто не сваривает при 20-узловом ветре на леске 30 метров над бетоном.

Я видел PQR, которые проходят на S690 без предварительного подогрева.. Я видел испытания CVN на удар при -40°C, которые достигали 150 Дж.. Красивые цифры. Затем вы заходите на сайт, и вы изо всех сил пытаетесь получить 47 Дж при -20°C.

Почему? Скорость охлаждения.

Тестовый купон PQR обычно представляет собой толстую пластину., сдержанный, часто сваривается в плоском положении с большим тепловложением. Полевые условия? Вертикально вверх, ограниченный доступ, более тонкие секции, которые охлаждаются быстрее. Более быстрое охлаждение = более высокая твердость = более низкая ударная вязкость.

Мое правило: Снижение мощности PQR. Если лаборатория скажет 1.5 кДж/мм приемлемо, стремитесь к 1,8–2,0 кДж/мм в полевых условиях. Если в лаборатории указано: предварительный нагрев до 100°C., дай мне 120°C. Увеличивайте маржу.

Вот случай. 2022, a 690 Замена соединения МПа на опорной башне перехода через реку Янцзы. В оригинальном PQR использовалась GMAW с Ar+20% CO2., 1.2мм провод, тепловложение 1.3 кДж/мм. V-образный надрез по Шарпи при -40°C составил в среднем 89 Дж.. Отлично. На месте, первый производственный сварной шов — те же параметры — не прошел UT. Мы вырезали это. Лаборатория проверила твердость HAZ: 412 ХВ10. Это граница сульфидного растрескивания под напряжением., не говоря уже о холодном растрескивании.

Мы увеличили тепловложение до 1.7 кДж/мм за счет замедления скорости перемещения и небольшого расширения переплетения.. Твердость упала до 365 ХВ10. Повторное тестирование UT: прошедший. Прочность? Никогда не измерялся на месте, но твердость рассказала историю.

Таблица 3: Влияние подвода тепла на твердость ЗТВ (Q690D, 20пластина мм, измерено мной)

Слишком низко, и тебе тяжело. Слишком высоко (над 2.0 кДж/мм) а укрупнение зерна в любом случае стоит вам выносливости. Оптимальное место для полевой сварки Q690: 1.6–1,9 кДж/мм.

---

5. январь 2023, Хунань: Практический пример ситуации, близкой к провалу

Ледяной шторм. Энергосистема Хунани. Траверса опоры 220 кВ из стали Q690 вышла из строя при сварке фланца. Нет коллапса, к счастью. Трещина распространилась примерно 60% через секцию перед арестом. Нас вызвали для оценки и ремонта..

Что я нашел:

• Сварочные материалы: Э71Т-1С порошковая проволока, 1.6мм. Водородный рейтинг: 8 мл/100 г типично.
• Нет записей предварительного нагрева. Сварщики сказали, что «немного нагрели».
• Окружающий: -5° С, прохладный ветер, возможно -12°C.
• Совместный дизайн: однофасочный, 45°, поверхность корня 2 мм, корневой зазор 3 мм.

Трещина возникла на пальце ноги, бежал по ЗТВ, затем превратился в сварочный металл. Поверхность излома: блестящий, зернистый. Классический холодный крекинг с помощью водорода, возможно, с некоторым сдерживающим напряжением из-за несоответствия толщины фланца.

Мы не просто отремонтировали его. Мы переделали всю процедуру.

Мой рецепт:

1. Переключение расходных материалов. Вышла порошковая проволока. Пришла сплошная проволока GMAW с содержанием 82%Ar/18%CO2., гарантированный диффузионный водород ≤3 мл/100 г.

2. Обязательный предварительный разогрев. 120°С минимум. Проверено каждые 30 минуты.

3. Межпроходной контроль температуры. Макс. 200°С. Сохранял это последовательным.

4. Выделение водорода после сварки. Выдержать при 150°С в течение 2 часов сразу после сварки, завернутый в теплоизоляционное одеяло.

5. Скрежетание пальцами ног. Небольшая шлифовка по радиусу для уменьшения концентрации напряжений.. Это дешевая страховка. Занимает десять минут. Предотвращает трещины на пальцах ног.

Отремонтированные суставы повторно осматриваются через шесть месяцев.. Нет указаний. Башня все еще стоит.

Вы узнаете больше от промаха, чем от идеального проекта.

---

6. 2025 Тенденции: Что меняется (и что нет)

В то время, когда я пишу это (рано 2025), три смены меняют подход к работе с HSS на вышках.

Первый: Роботизированная сварка. State Grid тестирует мобильных портальных роботов для сварки опор опор башни. Это не научная фантастика — они в Чжэнчжоу., Q690 сваривают лазерно-гибридной дугой, и контроль тепловложения ±0,05 кДж/мм.. Я скептически отношусь к полевым роботам, но в сборных цехах, они исключают самую большую переменную: человеческая непоследовательность.

второй: ТМСР сталь. Стали, обработанные с помощью термомеханического контроля, набирают популярность. Нижний Ceq, лучшая прочность. Я видел пробную партию Q690TMCP в прошлом году.. Чек был 0.46, ПКМ 0.26. Это близко к уровню старого Q420.. Мы сварили его с предварительным нагревом 75°C., используются как деревья, Твердость ЗТВ 335 ХВ10. Если TMCP станет стандартом, половина моих головных болей, связанных со сваркой, исчезла. Но стоимость все равно на 15–20% выше.. Клиенты колеблются.

В третьих: the 2024 ДЛ/Т 5254 поправка. Это еще не широко известно, но в черновом варианте теперь требуется минимальный предварительный нагрев 100°C для любого элемента Q550+, независимо от его толщины.. Это серьезный сдвиг. Ранее, для тонких срезов от предварительного нагрева часто отказывались (<16мм). Уже нет. Данные о холодном растрескивании тонкостенных HSS были слишком убедительны, чтобы их игнорировать..

Таблица 4: 2024 Проект изменений в DL/T 5254 (Частичный, неофициальный)

Это сильно ударит по отрасли. Я уже видел, как поставщики спешили переименовать Q550 в «премиальный сорт с низким уровнем предварительного нагрева». Прочтите мелкий шрифт.

---

7. Культурные и местные факторы, которые вы не увидите в стандартах ISO

Позвольте мне на минутку отойти от металлургии..

Я работал в Сычуани, где башни закреплены в скалах из песчаника, и единственный способ поднять оборудование — с помощью тросового крана или вручную.. Я работал в Цзянсу, плоский как стол, но влажность ржавеет на твоей проволоке еще до того, как ты ее намотаешь. Я обучал сварщиков в Гуандуне, которые учились своему ремеслу на верфях и могли выполнять вертикальный шов, похожий на обработанные канавки.. И я работал с экипажами в отдаленном Юньнани, которые никогда не прикасались к Q690 до прошлого года..

Что я знаю, это: Китайские сварщики среднего уровня обладают чрезвычайно высокой квалификацией в позиционной сварке.. Их модель ученичества сильна. Но они часто недостаточно оснащены и недостаточно поддерживаются.. Американский сварщик может иметь на объекте специального инженера по сварке.. В Китае, инженер на объекте — я — занимается сваркой, запирание, бетон, опрос, и безопасность. Вы не можете контролировать каждый факел на микроуровне..

Так что я не.

Я сосредотачиваюсь на нескольких важных. Разогреть. Интерпасс. Контроль водорода. Если я правильно понимаю, все остальное следует.

Тоже: региональные цепочки поставок имеют значение. В провинции Чжэцзян, у нас был доступ к японским электродам ЛБ-52У, сверхнизкое содержание водорода, но дорого. Внутренний, мы использовали отечественные бренды с более высокой вариативностью. сейчас тестирую каждую партию. Не доверять, проверять.

---

8. Почему я все еще предпочитаю SMAW для некоторых корневых проходов (Вопреки всем тенденциям)

Это ересь в 2025. Все продвигают GMAW, ФКАВ, даже гибридный лазер. Более высокие ставки депозитов. Требуется меньше навыков.

А вот на Q690 root проходит, особенно в надголовном или вертикальном положениях, Я до сих пор иногда указываю SMAW с основными электродами. E7015, E7016. Почему?

Поскольку передача короткого замыкания GMAW, если не идеально настроен, может привести к неполному сращению на поверхности корня. В ХСС, это крэк-стартер. У меня достаточно корней GMAW на суставах с высокой степенью фиксации, чтобы быть осторожным.. SMAW медленнее. Это больше зависит от оператора. Но сила дуги впивается в боковину, и опытный сварщик чувствует сварку. Тактильная обратная связь отсутствует в полуавтоматических процессах..

Итак, моя типичная процедура для критических соединений башни Q690.:

1. Корневой проход SMAW, 3.2мм электрод, DCEN, 110–130А.
2. Заливка и крышка GMAW, 1.2мм провод, Ar/CO2, перенос спрея, если это возможно.
3. Проход через колпачок снижает силу тока для улучшения структуры зерна ЗТВ..

Старая школа? Да. Эффективный? Также да.

---

9. Вывод: Сварщик – не самое слабое звено, а система

Я работаю в этой отрасли с тех пор 1997. Я видел, как башенная сталь эволюционировала из A3F. (в основном мягкая сталь) до Q420, тогда Q550, сейчас Q690, и скоро Q960 на демонстрационных проектах. Каждый скачок силы сопровождался скачком сложности свариваемости.. И каждый раз, немедленная реакция - винить сварщика. «Плохая техника». «Недостаток навыков».

Почти никогда это не просто сварщик.

Отдел закупок закупает электроды по цене за килограмм., недиффундирующий водород. Это график, который не оставляет времени на предварительный разогрев.. Это инспектор пропускает стык со шлаковыми включениями, потому что «он не основной член». Это я, иногда, недостаточно ясно объясняем, почему нам нужно держать электродную печь закрытой.

Высокопрочная сталь в опорах электропередач никуда не денется. Металлургия достигла зрелости.. Процедуры сварки опубликованы.. Чего не хватает, так это желания их выполнить., день за днем, смена за сменой, без ярлыков.

Я написал это, потому что устал выкапывать трещины из ЗТВ, которые никогда не должны были треснуть.. Я написал это, потому что существует технология, позволяющая сделать соединения Q690 такими же надежными, как Q235.. Просто нужно уважение к материалу.

В следующий раз ты увидишь передающую вышку, посмотри на сварные швы. Если они гладкие, униформа, без подрезки — кому-то небезразлично. Кто-то испек электроды. Кто-то вытер дождь с сустава. Кто-то использовал температурный карандаш на 2 являюсь. в декабре.

Этот кто-то не является слабым звеном. Именно этот кто-то является причиной того, что свет горит..

---

— Старший полевой инженер
22 лет. Все еще ношу с собой в кармане куртки карандаш для измерения температуры..