输电线路高强钢应用研究

输电线路高强钢应用研究

0高强钢使用长期以来，中国普遍采用q235和q245强度的钢。该收割机的钢量大，增加了建设投资。2005年在750kV官亭—兰州东示范工程上尝试性使用Q420高强钢,2006年国家电网公司基建部开展了9条输电线路工程试点应用了Q420高强钢。为在特高压输电工程中应用Q420高强钢,在借鉴欧美发达国家科研和设计经验的基础上,对Q420高强度钢材用于铁塔制造时的受力状况、连接方式、焊接及热加工工艺等进行了深入的研究。1国内外高压线的应用现状1.1最大强度等级材料为了说明国内外高强钢的应用情况,表1列举出国内外有代表性的标准中最大强度等级的材料。由表1可以看出,与发达国家相比,我国输电线路塔材强度值偏低,材质的可选择余地小,使得我国设计的铁塔往往大而重。1.2加工技术有待提高通过对国内各主要铁塔制造厂的调研发现,各厂家在高强钢铁塔的剪切、制孔、制弯等冷加工方面均不存在问题,但在焊接、热变形加工及镀锌等热加工方面尚有差距。从调研情况来看,铁塔厂的加工能力有一定的保障。制造厂在制造铁塔中使用的主要钢种是Q235和Q345级别的钢材,更高强度等级的钢材加工经验较少,管理相对粗放,在技术管理、工艺的技术准备、人员资格管理、工艺制度的制定以及检验方法等方面还不能适应高强钢加工的需要。因此,应适时集中组织对各制造单位的焊接技术管理人员及质检人员进行培训,普及高强钢焊接的基础知识和技术管理知识,为高强钢的进一步推广应用进行人才储备。2在输电线上应用csi420高性能钢的设计技术2.1技术经济分析2.1.1构件的强度和承载能力研究表明,与Q345相比,采用Q420高强钢,对常用的主材构件,其强度和承载能力都有较大提高。例如:1500mm(长)×160mm(支宽)×160mm(支宽)角钢,与同样规格的Q345相比Q420强度提高23%,承载力提高18%。2.1.2角钢527%如表2所示,对于1000kV单回路转角塔,用Q420角钢选材使塔重减小4%~7%。Q420钢单价按比Q345钢高10%计,使用Q420钢,铁塔本体投资可节省2%~6%。同时,简化了结构的构造,也减少了运输、安装等费用。2.2高钢结构设计的试验验证采用部件试验与模型塔架试验相互验证的方法进行了杆件承载力的试验研究。从部件试验的结果看,对高强钢最小轴布置的构件采用《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》中的构件设计计算方法是安全的。对于平行轴布置的构件,规范的计算公式应增加1.1的长细比修正系数。2.3板板极限承压力设计就高强钢的孔壁承压问题进行了螺栓单角钢系统抗拉试验,结果表明:(1)使用现行的孔壁承载计算公式进行高强钢的设计是安全可靠的。(2)板的极限承压力设计时可适当留有余度。(3)螺栓的钉线位置对单面连接杆件的承载力影响问题:在满足角钢连接的前提下,对单面连接杆件应尽可能地将钉线定在靠近角钢肢背一端。2.4材料的强度设计值依据《低合金高强度结构钢》,给出了Q420高强钢的机械性能参数;依据《钢结构设计规范》和《110~500kV架空送电线路设计技术规程》,给出了Q420高强钢的强度设计值;根据《钢结构设计规范》,采用规范中φ值计算公式给出了Q420高强角的受压杆件稳定系数值;依据《钢结构设计规范》确定了Q420高强钢材料焊缝的强度设计值。螺栓的最经济使用是使构件的孔壁承载和螺栓承剪强度相同,因此,Q420高强钢应配用8.8级螺栓,使螺栓抗剪能力不比孔壁承压力低太多。2.5使用原则和应用范围2.5.1角钢规格对规格的影响杆塔构件按以下原则采用Q420角钢:(1)当构件长细比λ小于40时,采用Q420角钢选材,构件规格得到较大降低。(2)当构件长细比λ在40~80,可采用Q420角钢选材,但规格大都只能降1级。因为现有角钢规格的连续性不好,有时也会出现规格不能降低的情况。(3)当构件长细比λ大于80时,构件由稳定控制,不宜采用Q420角钢选材。2.5.2角钢规格对根据设计需要和钢厂实际加工能力,提出了Q420等边角钢标准化规格表。关于最小规格,Q420角钢采用8号较为合适。关于最大规格,我国最大规格等边角钢目前只到20号,国内只有少数钢厂可以轧制20号角钢,但经过适当设备改造,可以满足生产更大规格角钢的要求。参考国外角钢的最大规格,在Q420角钢标准规格表中引入更大规格的22和25号角钢。2.6塔的真测试使用设计技术研究成果设计的Q420高强钢真型铁塔成功地通过了强度试验,结果表明,提出的设计方法和设计参数取值是可靠的。34-20g钢焊接和热加工技术的研究3.1焊接材料及其性能评价的研究3.1.1韧脆转变温度的确定以27J的V型夏比冲击值作为韧脆转变温度,测定Q420角钢的韧脆转变温度。结果表明:Q420角钢的韧脆转变温度约为-5℃。为准确测定低温静载荷条件下Q420角钢的韧脆转变温度,采用3点弯曲试验测试了厚14mm的Q420角钢(20℃冲击功为56J)在室温、-20,-40和-60℃下的JIC和临界CTOD值,并进行了断口形貌分析,得出Q420钢的韧脆转变温度为-40~-60℃。3.1.2焊接试验，木材3.1.2.试验用4g20材料Q420角钢的碳当量为0.43~0.44,钢板的碳当量为0.33~0.34,说明试验用Q420钢材的抗冷裂纹性能一般,焊接时应制定合理的工艺保证焊接接头的质量。3.1.2.钢板和角钢的焊接性图1为Q420角钢热影响区最高硬度试验散点图。试验表明,在室温和预热150℃条件焊接Q420角钢和钢板时,试件的热影响区维氏硬度最高值低于300HV,说明钢板的淬硬倾向不大,焊接性尚可。3.1.2.响区最高硬度试验结果试验结果表明,Q420的抗裂性良好,结合热影响区最高硬度试验结果,焊前可不需要预热。结合钢材的韧脆转变温度试验结果,当环境温度低于0℃时,应进行焊前预热150℃,以避免产生冷裂纹。3.1.3co气保焊丝的选型根据试验结果,实际生产中建议电焊条的选用顺序为:CHE557,JL-507,TL-507;CO2气保焊焊丝选用顺序为TM-60,JM-60,CHW-50C8;埋弧焊选用JW-3。3.2焊接技术评价试验研究3.2.1工艺评定说明书在掌握材料焊接性能的基础上,我们依据《建筑钢结构焊接技术规程》进行焊接工艺评定指导书的编制,并参照《气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝》、《低合金钢焊条》等国家有关规范、标准。同时,考虑铁塔制造行业使用的钢材规格、焊接方法、焊接位置等。3.2.2确定性能指标按照参考文献的规定,要求焊缝金属的化学成份和力学性能应与母材相当或不低于母材相应规定值的下限,确定焊接接头的性能指标。3.2.3试验样本的确定3.2.3.工程适用按照参考文献的规定:采用埋弧自动焊、CO2气体保护焊、手工电弧焊时,评定合格试件厚度t小于25mm时,工程适用厚度范围在0.75t~2t。3.2.3.2焊接材料鉴于国内的一些焊材品牌已比较成熟,初选出3种品牌材料进行力学性能和施焊工艺性能比较。3.2.3.3焊接方法根据各铁塔厂的现有设备情况和实际加工情况,焊接方法主要确定为以下3种:埋弧自动焊、CO2