Thép cường độ cao trong xây dựng tháp truyền tải: Quan điểm của kỹ sư hiện trường về ứng dụng và công nghệ hàn quan trọng

Tác giả: Kỹ sư hàn hiện trường cao cấp, 22 năm xây dựng đường dây truyền tải (1997–2019, sau đó tư vấn độc lập)
Địa điểm được tham chiếu: Địa hình miền núi Tứ Xuyên (500Dự án kV Lô Châu – Zigong), ven biển Chiết Giang (nâng cấp đường dây 220kV dễ bị bão), và một 2023 sửa chữa khẩn cấp trong cơn bão băng Hồ Nam.

---

1. Tại sao tôi viết điều này và tại sao bạn nên quan tâm

Bạn mở một bảng thông số kỹ thuật cho một tháp truyền dự án. Khách hàng có nhu cầu thép Q690 hoặc thậm chí Q960. Anh chàng thu mua của bạn nhướn mày. Thợ hàn của bạn—những người đàn ông tốt, được chứng nhận, nhưng đã quen với Q345 và có thể là Q420—họ nhìn bạn như thể bạn vừa đưa cho họ một miếng áo giáp. "Ông chủ, thứ này sẽ nứt nếu bạn hắt hơi vào nó.”

Tôi đã ở đó. Nhiều lần hơn tôi có thể đếm.

Đây là điều: thép cường độ cao trong tháp truyền tải không còn là tùy chọn nữa. Lưới điện Nhà nước Trung Quốc hiện bắt buộc sử dụng UHSS (thép cường độ cực cao, thường mang lại ≥690 MPa) cho điện áp cực cao mới (Uhv) hành lang bắc qua sông Dương Tử và xuyên qua các vùng địa chấn. Các 2025 sửa đổi DL/T 5254—có, Tôi đã tham dự một số cuộc họp đánh giá đó—rõ ràng đã đẩy mức trần lợi suất từ 460 MPa đến 690 MPa cho các thành viên căng thẳng quan trọng. Tại sao? Hai lý do, vừa đơn giản đến tàn nhẫn: cân nặng, và gió.

Nhịp 100 mét sử dụng Q690 có thể giảm 18–22% trọng lượng bản thân của tháp so với Q420. Đó không chỉ là tiết kiệm thép. Đó là phần bê tông nền đã được tiết kiệm. Đó là số chuyến đi bằng trực thăng được giảm bớt khi bạn xây dựng trên sườn núi không có đường đi. Đó là lý do tại sao.

Nhưng đây là điều mà quy tắc thiết kế không cho bạn biết. Họ không kể cho bạn nghe về ca đêm vào tháng 11 2021, khi một ngọn đuốc làm nóng sơ bộ hết propan khi đang đi qua đường dẫn gốc, và sáng hôm sau chúng tôi tìm thấy một vết nứt dài 3 inch chạy dọc vùng ảnh hưởng nhiệt. Họ không cho bạn biết cách tranh luận với người quản lý dự án, người cho rằng “làm nóng trước” có nghĩa là vẫy một ngọn đuốc mơ hồ về phía thép trong ba mươi giây.

Vì vậy tôi đang viết cái này. Không phải với tư cách là một giáo sư. Không phải là một kỹ sư bán hàng. Là một kẻ cầm ngòi bút, hiệu chuẩn máy dò khuyết tật siêu âm tại 2 là., và ký tắt trên các khớp đã mang 500 kV trong sáu năm nay mà không có một sự cố nào.

---

2. Hành vi vật chất: Điều gì thực sự phá vỡ, và tại sao

Hãy bắt đầu với con voi trong xưởng. Q690, S690, hoặc bất kỳ tên độc quyền nào mà nhà cung cấp của bạn dán lên đó—thứ này có độ dẻo dai thấp hơn ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (Haz) hơn thép nhẹ. Giai đoạn. Lượng carbon tương đương cao hơn (Séc) và độ cứng có nghĩa là dưới sự làm lạnh nhanh, bạn nhận được đảo martensite. Martensite rất cứng. Martensite cũng giòn. Hàn sai rồi, và về cơ bản bạn đã tạo một trình khởi động crack tích hợp.

Bàn 1: Các loại thép của tháp truyền tải điển hình—So sánh hóa học và cơ khí

\[
\chữ{Séc} = C + \FRAC{Mn}{6} + \FRAC{Cr + Mơ + V}{5} + \FRAC{TRONG + với}{15}
\]

Bạn thấy Q690 Ceq đó ở 0.52? Đó là ranh giới cho việc hàn tại hiện trường mà không có sự kiểm soát hydro nghiêm ngặt. Bây giờ hãy nhìn vào Pcm. Bất cứ điều gì ở trên 0.28 bắt đầu lo lắng. Q960? 0.33. Đó không phải là mối hàn; đó là một thỏa thuận tự sát nếu bạn không thực hiện mọi biện pháp phòng ngừa.

Đây là một quan sát cá nhân: kẻ thù thực sự không phải lúc nào cũng là kim loại mối hàn. Đó là HAZ hạt thô nằm cạnh đường nhiệt hạch. Ở Q690, vùng đó có thể thấy nhiệt độ cao nhất >1400° C, kích thước hạt đạt tiêu chuẩn ASTM 3 hoặc thô hơn, và nếu làm mát quá nhanh—bam. Bạn có một cấu trúc vi mô trông giống như kính vỡ dưới kính hiển vi. Tôi đã tự mình khắc mẫu. Tôi đã nhìn thấy nó.

Vậy tại sao không bình thường hóa nó sau đó? Bởi vì bạn không thể xử lý nhiệt sau một chân tháp cao 75 mét trên hiện trường. Không có lò nào phù hợp với tháp truyền tải. Bạn sống với cấu trúc vi mô được hàn. Đó là hạn chế mà chúng ta đấu tranh hàng ngày.

---

3. Vấn đề về hydro – Và làm thế nào chúng ta ngừng giả vờ như nó không tồn tại

Cracking lạnh do hydro gây ra. Tất cả chúng ta đều biết tên. Tất cả chúng ta đều giả vờ như điện cực của mình đủ khô.

Họ không.

Quay lại 2015, về dự án tăng cường bờ biển Phúc Kiến, chúng tôi đã mất bảy khớp nối trên một tòa tháp do nứt chân. Nó được phát hiện trong MPI (kiểm tra hạt từ tính) buổi sáng sau khi hàn. Thủ tướng khẳng định đó là “lỗi thợ hàn”. Nó không phải. Đó là hydro. Điện cực có hàm lượng hydro thấp (E7015, nếu bạn tò mò) đã được cất giữ trong một nhà kho không có hệ thống sưởi trong ba ngày. Độ ẩm ở Phúc Kiến trong Tháng tư? Tám mươi lăm phần trăm. Không nướng. Không giữ lò nướng tại nơi làm việc. Chỉ cần “lấy chúng ra khỏi hộp và hàn.”

Tôi sẽ cho bạn biết tên, nhưng tôi đã không nói chuyện với người quản lý dự án đó trong một tháng.

Đây là cách khắc phục, và nó không thể thương lượng:

Bàn 2: Các biện pháp kiểm soát hiện trường để quản lý hydro (Danh sách kiểm tra cá nhân của tôi)

Tôi không quan tâm nếu bạn đang sử dụng dây rắn, lõi thông lượng rutil, hoặc lõi kim loại. Nếu định mức hydro tiêu hao của bạn vượt quá 5 mL/100g trên Q690, bạn đang đánh bạc. Và nhà cái luôn thắng.

Một điều nữa: làm nóng trước. Tôi đã nghe mọi lời bào chữa. “Thời tiết ấm áp.” “Chỉ là một vết hàn thôi.” “Chúng tôi đã làm nóng mối nối cuối cùng và thanh tra thậm chí còn không kiểm tra.” Nhảm nhí. Xử lý vết nứt trước tiên. Chúng trở thành nơi khởi đầu cho sự thất bại hoàn toàn của khớp. Tôi đã nhìn thấy một mối hàn dính—chỉ một đốm nhỏ 20mm—bắt đầu một vết nứt chạy 120mm xuyên qua lớp kim loại cơ bản chỉ sau một đêm.

Bây giờ tôi yêu cầu bút chì màu chỉ nhiệt độ ở mỗi trạm. Không phải súng hồng ngoại trừ khi được hiệu chỉnh vào sáng hôm đó. Không phải “chạm vào xem có nóng không”. Bút chì màu tan chảy ở nhiệt độ cụ thể. Họ không nói dối.

---

4. Trình độ quy trình hàn: Những gì giấy nói vs. Những gì hoạt động

Hãy nói về PQR (Hồ sơ trình độ chuyên môn thủ tục). Về lý thuyết, đó là một bài kiểm tra nghiêm ngặt. Trong thực tế, điều kiện phòng thí nghiệm sạch sẽ, thợ hàn là người giỏi nhất trong cửa hàng, sự phù hợp là hoàn hảo, và không ai hàn trong gió 20 hải lý trên giàn giáo 30 mét trên bê tông.

Tôi đã thấy PQR truyền trên S690 mà không cần làm nóng trước. Tôi đã thấy các thử nghiệm tác động của CVN ở -40°C đạt 150J. Những con số đẹp. Sau đó bạn vào trang web, và bạn đang cố gắng đạt được 47J ở -20°C.

Tại sao? Tốc độ làm mát.

Phiếu kiểm tra PQR thường là một tấm dày, kiềm chế, thường được hàn ở vị trí bằng phẳng với lượng nhiệt lớn. Điều kiện hiện trường? Theo chiều dọc, truy cập hạn chế, phần mỏng hơn làm mát nhanh hơn. Làm mát nhanh hơn = độ cứng cao hơn = độ dẻo dai thấp hơn.

quy tắc của tôi: Giảm PQR. Nếu phòng thí nghiệm nói 1.5 kJ/mm là chấp nhận được, nhắm tới 1,8–2,0 kJ/mm trên hiện trường. Nếu phòng thí nghiệm cho biết làm nóng trước 100°C, cho tôi 120°C. Xây dựng trong lề.

Đây là một trường hợp. 2022, một 690 Khe thay thế MPa trên tháp vượt sông Dương Tử. PQR gốc sử dụng GMAW với Ar+20%CO2, 1.2dây mm, đầu vào nhiệt 1.3 kJ/mm. Rãnh chữ V Charpy ở -40°C đạt trung bình 89J. Khỏe. Trên trang web, Mối hàn sản xuất đầu tiên—cùng thông số—không đạt UT. Chúng tôi cắt nó ra. Phòng thí nghiệm đã kiểm tra độ cứng HAZ: 412 HV10. Đó là ranh giới cho sự nứt do ứng suất sunfua, đừng bận tâm đến vết nứt lạnh.

Chúng tôi đã tăng lượng nhiệt đầu vào 1.7 kJ/mm bằng cách làm chậm tốc độ di chuyển và mở rộng sợi dệt một chút. Độ cứng giảm xuống 365 HV10. UT đã được kiểm tra lại: đi qua. độ dẻo dai? Không bao giờ đo tại chỗ, nhưng độ cứng đã kể câu chuyện.

Bàn 3: Ảnh hưởng của nhiệt đầu vào đến độ cứng HAZ (Q690D, 20tấm mm, do tôi đo)

Quá thấp và bạn khó khăn. Quá cao (kết thúc 2.0 kJ/mm) và việc xay hạt dù sao cũng khiến bạn phải mất độ dẻo dai. Điểm ngọt cho hàn hiện trường Q690: 1.6–1,9 kJ/mm.

---

5. VỀ CHÚNG TÔI 2023, Hồ Nam: Một nghiên cứu trường hợp cận thất bại

Bão băng. Lưới điện Hồ Nam. Tay ngang tháp 220kV thép Q690 bị hỏng ở mối hàn mặt bích. Không sụp đổ, thật may mắn. Vết nứt lan truyền khoảng 60% qua khu vực trước khi bị bắt. Chúng tôi được gọi đến để đánh giá và sửa chữa.

Những gì tôi tìm thấy:

• Vật liệu hàn: Lõi thông lượng E71T-1C, 1.6mm. Đánh giá hydro: 8 mL/100g điển hình.
• Không có hồ sơ làm nóng trước. Những người thợ hàn cho biết họ “làm ấm nó lên một chút”.
• Môi trường xung quanh: -5° C, gió lạnh có thể -12°C.
• Thiết kế chung: góc xiên đơn, 45°, mặt gốc 2mm, khoảng cách gốc 3 mm.

Vết nứt bắt đầu ở ngón chân, chạy dọc theo HAZ, sau đó biến thành kim loại mối hàn. Bề mặt gãy: sáng bóng, dạng hạt. Cracking lạnh hỗ trợ hydro cổ điển, có thể có một số ứng suất hạn chế do độ dày mặt bích không khớp.

Chúng tôi không chỉ sửa chữa nó. Chúng tôi làm lại toàn bộ quy trình.

Đơn thuốc của tôi:

1. Chuyển đổi tiêu hao. Out đã đi qua lõi thông lượng. Đi kèm dây đặc GMAW với 82%Ar/18%CO2, đảm bảo hydro khuếch tán 3 mL/100g.

2. Bắt buộc làm nóng trước. 120°C tối thiểu. Đã kiểm tra mọi 30 phút.

3. Kiểm soát nhiệt độ giữa. Tối đa 200°C. Giữ nó nhất quán.

4. Giải phóng hydro sau hàn. Giữ ở 150°C trong 2 giờ ngay sau khi hàn, bọc trong chăn cách nhiệt.

5. Mài ngón chân. Bán kính mài nhẹ để giảm nồng độ ứng suất. Đây là bảo hiểm giá rẻ. Mất mười phút. Ngăn ngừa nứt ngón chân.

Các khớp đã sửa chữa được kiểm tra lại sau sáu tháng. Không có chỉ dẫn. Tháp vẫn đứng vững.

Bạn học được nhiều điều từ một tình huống suýt xảy ra hơn là từ một dự án hoàn hảo.

---

6. 2025 Xu hướng: Điều gì đang thay đổi (và cái gì không)

Vào thời điểm tôi đang viết bài này (sớm 2025), ba ca đang định hình lại cách chúng tôi làm việc với HSS trong các tòa tháp.

Đầu tiên: Hàn robot. State Grid đang thí điểm robot giàn di động để hàn chân tháp. Đây không phải là khoa học viễn tưởng—chúng ở Zhengzhou, họ đang hàn Q690 bằng hồ quang lai laser, và kiểm soát nhiệt đầu vào là ± 0,05 kJ/mm. Tôi hoài nghi về robot hiện trường, nhưng trong các cửa hàng đúc sẵn, họ đang loại bỏ biến số lớn nhất: sự không nhất quán của con người.

Thứ hai: thép TMCP. Thép gia công được điều khiển cơ nhiệt đang có chỗ đứng. Ceq Hạ, độ dẻo dai tốt hơn. Tôi đã thấy lô Q690TMCP dùng thử vào năm ngoái. Ceq là 0.46, PCM 0.26. Gần bằng mức Q420 cũ. Chúng tôi hàn nó với nhiệt độ làm nóng trước 75°C, không rạn nứt, độ cứng HAZ 335 HV10. Nếu TMCP trở thành tiêu chuẩn, một nửa cơn đau đầu hàn của tôi biến mất. Nhưng chi phí vẫn cao hơn 15–20%. Khách hàng ngần ngại.

thứ ba: các 2024 DL/T 5254 sửa đổi. Điều này vẫn chưa được biết đến rộng rãi, nhưng ngôn ngữ nháp hiện yêu cầu làm nóng trước tối thiểu 100°C cho bất kỳ thành viên Q550+ nào bất kể độ dày. Đó là một sự thay đổi lớn. Trước đây, làm nóng trước thường được miễn cho các phần mỏng (<16mm). Không còn nữa. Dữ liệu về vết nứt nguội ở HSS thành mỏng quá hấp dẫn để có thể bỏ qua.

Bàn 4: 2024 Dự thảo Thay đổi đối với DL/T 5254 (một phần, không chính thức)

Điều này sẽ ảnh hưởng nặng nề đến ngành. Tôi đã thấy các nhà cung cấp đổ xô đổi thương hiệu Q550 thành “loại làm nóng trước cao cấp”. Đọc bản in đẹp.

---

7. Các yếu tố văn hóa và địa phương bạn sẽ không thấy trong tiêu chuẩn ISO

Hãy để tôi bước ra khỏi ngành luyện kim trong một phút.

Tôi đã làm việc ở Tứ Xuyên, nơi những tòa tháp được neo vào vách đá sa thạch, và cách duy nhất để đưa thiết bị lên là dùng cẩu cáp hoặc bằng tay. Tôi đã làm việc ở Giang Tô, phẳng như một cái bàn, nhưng độ ẩm sẽ làm rỉ sét dây điện của bạn trước khi bạn cuộn nó lại. Tôi đã đào tạo những thợ hàn ở Quảng Đông, những người đã học nghề ở xưởng đóng tàu và có thể vận hành một hạt thẳng đứng trông giống như các rãnh được gia công. Và tôi đã làm việc với các đội ở Vân Nam xa xôi, những người chưa từng chạm vào Q690 trước năm ngoái.

Những gì tôi biết là: Trình độ trung bình của thợ hàn Trung Quốc cực kỳ thành thạo trong hàn định vị. Mô hình học nghề của họ rất mạnh. Nhưng họ thường không được trang bị đầy đủ và không được hỗ trợ. Một thợ hàn người Mỹ có thể có một kỹ sư hàn chuyên dụng tại chỗ. Ở Trung Quốc, kỹ sư hiện trường—tôi— phụ trách công việc hàn, chốt, bê tông, sự khảo sát, và an toàn. Bạn không thể quản lý vi mô mọi ngọn đuốc.

Vì vậy tôi không.

Tôi tập trung vào một số ít quan trọng. Làm nóng trước. Đường liên. Kiểm soát hydro. Nếu tôi hiểu đúng, mọi thứ khác theo sau.

Cũng thế: vấn đề chuỗi cung ứng khu vực. Ở Chiết Giang, chúng tôi đã tiếp cận được điện cực LB-52U của Nhật Bản, hydro cực thấp, nhưng đắt tiền. Nội địa, chúng tôi đã sử dụng các nhãn hiệu nội địa với độ biến thiên cao hơn. Bây giờ tôi kiểm tra từng đợt. Không tin tưởng, xác minh.

---

8. Tại sao tôi vẫn thích SMAW cho một số bước root nhất định (Chống lại mọi xu hướng)

Đây là dị giáo ở 2025. Mọi người đang thúc đẩy GMAW, FCAW, thậm chí cả tia laser lai. Tỷ lệ lắng đọng cao hơn. Cần ít kỹ năng hơn.

Nhưng trên quyền root Q690, đặc biệt là ở các vị trí trên cao hoặc thẳng đứng, Đôi khi tôi vẫn chỉ định SMAW với các điện cực cơ bản. E7015, E7016. Tại sao?

Bởi vì truyền ngắn mạch GMAW, trừ khi được điều chỉnh hoàn hảo, có thể tạo ra phản ứng tổng hợp không hoàn toàn ở mặt rễ. trong HSS, đó là một khởi đầu tốt. Tôi đã có đủ NDT gốc GMAW trên các khớp có độ bền cao để thận trọng. SMAW chậm hơn. Nó phụ thuộc nhiều hơn vào nhà điều hành. Nhưng lực hồ quang đào sâu vào thành bên, và một người thợ hàn lành nghề cảm nhận được sự hợp nhất. Phản hồi xúc giác đó không có trong các quy trình bán tự động.

Vì vậy, quy trình điển hình của tôi cho các khớp nối tháp Q690 quan trọng:

1. Thẻ gốc SMAW, 3.2điện cực mm, DCEN, 110–130A.
2. Điền và giới hạn GMAW, 1.2dây mm, Ar/CO2, chuyển phun nếu có thể.
3. Cap pass giảm cường độ dòng điện để tinh chỉnh cấu trúc hạt HAZ.

Trường cũ? Đúng. Hiệu quả? Cũng có.

---

9. Phần kết luận: Người thợ hàn không phải là mắt xích yếu nhất – Hệ thống là

Tôi đã làm trong ngành này từ 1997. Tôi đã thấy thép tháp phát triển từ A3F (về cơ bản là thép nhẹ) tới Q420, thì Q550, bây giờ là Q690, và sắp có Q960 trong các dự án trình diễn. Mỗi bước nhảy vọt về sức mạnh đều đi kèm với sự tăng vọt về độ khó của khả năng hàn. Và mỗi lần, phản ứng ngay lập tức là đổ lỗi cho thợ hàn. “Kỹ thuật kém.” “Thiếu kỹ năng.”

Hầu như không bao giờ chỉ có thợ hàn.

Bộ phận thu mua mua điện cực dựa trên giá mỗi kg, hydro không khuếch tán. Đó là lịch trình không cho phép có thời gian làm nóng trước. Chính người kiểm tra thông qua mối nối có xỉ vì “nó không phải là thành viên chính”. Đó là tôi, Thỉnh thoảng, không giải thích đủ rõ ràng tại sao chúng ta cần phải đóng lò điện cực.

Thép cường độ cao trong các tháp truyền tải vẫn tiếp tục tồn tại. Luyện kim đã trưởng thành. Quy trình hàn được công bố. Điều còn thiếu là ý chí thực hiện chúng, ngày này qua ngày khác, ca này nối ca khác, không có phím tắt.

Tôi viết điều này bởi vì tôi quá mệt mỏi với việc đào bới những vết nứt từ HAZ mà lẽ ra không bao giờ có vết nứt. Tôi viết điều này vì công nghệ tồn tại để làm cho khớp nối Q690 đáng tin cậy như Q235. Nó chỉ đòi hỏi sự tôn trọng vật chất.

Lần tới khi bạn nhìn thấy một tháp truyền tải, nhìn vào mối hàn. Nếu chúng mịn, đồng phục, không có undercut—ai đó quan tâm. Ai đó đã nướng điện cực của họ. Có người lau mưa khỏi khớp. Ai đó đã sử dụng bút chì nhiệt độ ở 2 Gọi cho chúng tôi. vào tháng 12.

Rằng ai đó không phải là mắt xích yếu. Rằng ai đó là lý do tại sao đèn vẫn sáng.

---

- Kỹ sư hiện trường cao cấp
22 năm. Vẫn mang theo bút đo nhiệt độ trong túi áo khoác.