CN106378579A - 一种输电角钢塔塔脚腐蚀损伤补强加固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，通过对受到腐蚀作用影响的输电角钢塔塔脚各构件包括斜材、靴板、主材、底板及地脚螺栓通过焊条电弧焊进行焊接加固。通过采用适合的焊接材料并配合相应焊接工艺及参数，从而有效提高焊缝中熔化的母材的互溶性和溶解度，并有效阻止金属间化合物和固溶体剩余成分的析出，从而能够有效保证保证焊接质量，防止焊接部位产生裂纹。本发明焊接工艺简单，采用焊条电弧焊工艺，不需要大型设备，适用于野外输电塔补强加固；同时焊前和焊后不需要进行焊后热处理，简化了操作步骤，同时有效保证了焊接质量。

Description

一种输电角钢塔塔脚腐蚀损伤补强加固方法
技术领域
本发明属于补强加固技术领域，具体涉及一种输电角钢塔塔脚腐蚀损伤补强加固方法。
背景技术
输电线路角钢塔为实现承受架空导地线荷载而由角钢作为基本结构单元的自立式空间衍架钢结构，是输电线路的直接支撑结构。
输电线路角钢塔由于成本低、运输和安装方便，在输电线路领域具有广泛应用，在输电线路中应用量占总工程量的80％。
输电塔由塔头、塔身、塔腿和塔脚构成。其中塔脚连接基础和输电塔本体，是整个输电塔的直接支撑，其安全性是保证输电塔服役的关键。
在角钢塔运行过程中，由于大气环境影响，土壤掩埋，水泥保护帽质量缺陷等原因常造成塔脚部位发生腐蚀，严重时塔脚靴板以及塔腿连接部位斜材发生贯穿性腐蚀，严重影响电网安全。目前的处理技术措施，主要是在显现腐蚀区域刷涂环氧树脂或富锌防腐涂料，然而采用这种方式，防腐效果不理想，对于埋入水泥帽的塔脚部分也无法进行恢复。此外，还存在地脚螺栓和底板腐蚀的情况，该种情况下腐蚀发生的更为隐蔽，如不破除水泥帽，难以发现腐蚀损伤现象。塔脚常常由靴板和底板焊接构成一体化结构，之后同输电塔塔腿连接在一起，一旦发生腐蚀损伤，难以进行现场更换，长期以来是一项技术难题。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种输电角钢塔塔脚腐蚀损伤补强加固方法，可对发生腐蚀的塔脚部件进行补强加固，恢复并提高修补区质量。此外，本发明还可对存在塔脚设计强度不足的输电塔进行加固，提高输电塔承载能力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，其包括步骤如下：
(1)将塔脚水泥保护帽打开，将输电塔塔脚腐蚀区域的斜材切除；
(2)将靴板打磨出金属光泽，在靴板内侧贴附钢板进行焊接加固，焊接采用焊条电弧焊；对靴板加固焊接完成后，选用角钢替换已切除的斜材进行加固焊接，焊接采用焊条电弧焊；
(3)对主材进行焊接加固，具体的，在主材内侧首先贴附一层开孔角钢进行焊接加固，所述开孔用于将主材上的螺栓漏出，提高开孔角钢与主材的贴附紧密性；焊接采用焊条电弧焊；之后再在所述开孔角钢之上再焊接一层加固角钢，焊接采用焊条电弧焊；
(4)将发生腐蚀的地脚螺栓及底板切除；
(5)在原地脚螺栓位置焊接钢棒，所述钢棒直径与所修复螺栓直径相同，焊接方法为焊条电弧焊；
(6)选择与底板厚度相同的钢板根据底板切除形状进行焊接恢复，所述焊接采用焊条电弧焊；然后在恢复后的底板上层再采用焊条电弧焊焊接一层钢板，起到对底板进一步补强加固的作用。
优选的，上述步骤中进行补强加固所用角钢和钢板均为Q420高强钢；由于我国目前输电线路铁塔用材主要用Q235和Q345，强度值偏低，故本申请进行补强加固时选用具有高强度和高承载能力的Q420高强钢；
优选的，步骤(2)中在靴板内侧焊接贴附连接的钢板厚度为6-12mm；焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm，通过控制线能量来控制塔脚部位变形，单道焊缝增厚不超过焊条直径，焊缝宽度不大于焊条直径4倍；
优选的，步骤(2)中替换已切除的斜材进行加固焊接所用角钢厚度与原斜材相同；焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-25V，焊接速度18-23cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm；
优选的，步骤(3)中开孔角钢的厚度6-12mm，肢宽比原主材角钢长0-6mm，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm；
加固角钢的厚度为6-12mm，肢宽比原主材角钢长0-6mm，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm；
优选的，步骤(5)中所选钢棒为20号钢；焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为70A-90A，焊接电压为18-22V，焊接速度18-23cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm；进一步优选的，所述钢棒焊接区域加工成V形，便于焊透；
优选的，步骤(6)中进行焊接恢复时的焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为80A-100A，焊接电压为18-22V，焊接速度20-24cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm；再焊接一层钢板以进一步补强加固时的焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为80A-100A，焊接电压为18-22V，焊接速度20-24cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm；
上述焊条电弧焊中所用焊条化学成分及质量百分比为：C：0.04％，Mn：0.32％，Si:0.05％，S:0.012％，P≤0.015％，Ni:4.2-5.8％，Mo：0.8-1.2％；Cr:0.10％，余量为Fe及不可避免杂质；
所述焊条的药皮为酸性。
如前所述，目前输电线路铁塔用材主要用Q235和Q345，强度值偏低，故本申请进行补强加固时选用具有高强度和高承载能力的Q420高强钢；然而Q420低合金高强度钢加入V、Ti、Nb等强碳化物形成元素，对焊缝性能造成不良影响，从而使得焊接性能不稳定，热影响区容易形成淬火组织-马氏体，使得焊接区域塑性下降，形成冷裂纹，因此，为提高焊接质量，本申请对焊接工艺及焊接工艺参数进行优化，选择使用焊条电弧焊进行焊接，通过合理控制焊接电流和电压，并获得合理的焊接热输入量，既有效避免了因焊接热输入量过大从而使得焊缝金属产生金属间化合物和固溶体剩余成分析出，影响焊接区域强韧性；同时也有效避免因焊接热输入量过小造成焊接效率低下，易出现未焊透、夹渣、焊缝成型差等缺陷。
同时，本申请选用了特制焊条进行焊接修复，采用该焊条所制备得到的熔敷金属热膨胀系数较低，与母材较为接近，从而有效减少了熔合区的应力情况，同时，通过合理控制焊条中的Ni、Mo和Cr的含量，有效减少了碳元素的迁移倾向，使得焊接熔合区共析铁素体等析出相形成倾向明显减少，从而整体提高焊接修复区的塑性和韧性，提高修复质量。
本发明的有益效果：本发明采用焊接技术对输电塔塔脚进行补强加固，从而有效提高输电塔塔脚的修复质量，通过采用适合的焊接材料并配合相应焊接工艺及参数，从而有效提高焊缝中熔化的母材的互溶性和溶解度，并有效阻止金属间化合物和固溶体剩余成分的析出，从而能够有效保证焊接质量，防止焊接部位产生裂纹，提高焊接韧性和塑性。
本发明焊接工艺简单，采用焊条电弧焊工艺，不需要大型设备，适用于野外输电塔补强加固；同时焊前和焊后不需要进行热处理，简化了操作步骤，同时有效保证了焊接质量。
附图说明
图1为输电角钢塔一塔脚结构示意图(去除水泥保护帽)；
其中，1-主材，2-斜材，3-底板，4-地脚螺栓，5-靴板；
图2为输电钢塔一塔脚腐蚀情况图(去除水泥保护帽)；
图3为对主材加固第一层开孔角钢焊接图；
图4为完成第二层主材加固板焊接同时完成两侧斜材焊接图；
图5为切除腐蚀部分底板图；
图6为焊接20#钢钢棒及恢复腐蚀部分底板图；
图7为焊接安装底板加强板图。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1
对一110KV输电角钢塔腐蚀塔脚进行补强加固，该输电角钢塔所用材质为Q235钢材，具体补强加固方法包括如下步骤：
(1)将塔脚水泥保护帽打开，采用角向磨光机将输电塔塔脚腐蚀区域的斜材切除；
(2)采用角向磨光机、金属旋转锉将靴板打磨出金属光泽，在靴板内侧贴附Q420钢板作为加强板进行焊接加固，所述Q420钢板厚度为6mm；焊接采用焊条电弧焊，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm，通过控制线能量来控制塔脚部位变形，单道焊缝增厚不超过焊条直径，焊缝宽度不大于焊条直径4倍；对靴板加固焊接完成后，选用与切除斜材厚度相同的Q420角钢替换已切除的斜材进行加固焊接，焊接采用焊条电弧焊，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-25V，焊接速度18-23cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm；
(3)对主材进行焊接加固，具体的，在主材内侧首先贴附一层Q420开孔角钢进行焊接加固，所述开孔角钢厚度为10mm，肢宽比原主材角钢长6mm；所述开孔用于将主材上的螺栓漏出，提高开孔角钢与主材的贴附紧密性；焊接采用焊条电弧焊，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm；
之后再在所述开孔角钢之上再焊接一层加固角钢，加固角钢材质为Q420，焊接采用焊条电弧焊，加固角钢的厚度为6mm，肢宽比原主材角钢长3mm，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm；
(4)采用角向磨光机将发生腐蚀的地脚螺栓及底板切除；
(5)在原地脚螺栓位置焊接20#钢钢棒，所述钢棒直径与所修复螺栓直径相同，焊接方法为焊条电弧焊；焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为70A-90A，焊接电压为18-22V，焊接速度18-23cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm；所述钢棒焊接区域加工成V形，便于焊透；
(6)选择与底板厚度相同的Q420钢板根据底板切除形状进行焊接恢复，所述焊接采用焊条电弧焊，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为80A-100A，焊接电压为18-22V，焊接速度20-24cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm；
然后在恢复后的底板上层再采用焊条电弧焊焊接一层Q420钢板作为底板加强板，起到对底板进一步补强加固的作用，其焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为80A-100A，焊接电压为18-22V，焊接速度20-24cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm。
上述焊条电弧焊中所用焊条化学成分及质量百分比为：C：0.04％，Mn：0.32％，Si:0.05％，S:0.012％，P≤0.015％，Ni:4.2-5.8％，Mo：0.8-1.2％；Cr:0.10％，余量为Fe及不可避免杂质；所述焊条的药皮为酸性。
实施例2
对一110KV输电角钢塔腐蚀塔脚进行补强加固，该输电角钢塔所用材质为Q235钢材，具体补强加固方法包括如下步骤：
(1)将塔脚水泥保护帽打开，采用角向磨光机将输电塔塔脚腐蚀区域的斜材切除；
(2)采用角向磨光机、金属旋转锉将靴板打磨出金属光泽，在靴板内侧贴附Q420钢板作为加强板进行焊接加固，所述Q420钢板厚度为6mm；焊接采用焊条电弧焊，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm，通过控制线能量来控制塔脚部位变形，单道焊缝增厚不超过焊条直径，焊缝宽度不大于焊条直径4倍；对靴板加固焊接完成后，选用与切除斜材厚度相同的Q420角钢替换已切除的斜材进行加固焊接，焊接采用焊条电弧焊，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-25V，焊接速度18-23cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm；
(3)对主材进行焊接加固，具体的，在主材内侧首先贴附一层Q420开孔角钢进行焊接加固，所述开孔角钢厚度为12mm，肢宽比原主材角钢长3mm；所述开孔用于将主材上的螺栓漏出，提高开孔角钢与主材的贴附紧密性；焊接采用焊条电弧焊，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm；
之后再在所述开孔角钢之上再焊接一层加固角钢，加固角钢材质为Q420，焊接采用焊条电弧焊，加固角钢的厚度为12mm，肢宽比原主材角钢长6mm，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm；
(4)采用角向磨光机将发生腐蚀的地脚螺栓及底板切除；
(5)在原地脚螺栓位置焊接20#钢钢棒，所述钢棒直径与所修复螺栓直径相同，焊接方法为焊条电弧焊；焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为70A-90A，焊接电压为18-22V，焊接速度18-23cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm；所述钢棒焊接区域加工成V形，便于焊透；
(6)选择与底板厚度相同的Q420钢板根据底板切除形状进行焊接恢复，所述焊接采用焊条电弧焊，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为80A-100A，焊接电压为18-22V，焊接速度20-24cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm；
然后在恢复后的底板上层再采用焊条电弧焊焊接一层Q420钢板作为底板加强板，起到对底板进一步补强加固的作用，其焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为80A-100A，焊接电压为18-22V，焊接速度20-24cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm。
上述焊条电弧焊中所用焊条化学成分及质量百分比为：C：0.04％，Mn：0.32％，Si:0.05％，S:0.012％，P≤0.015％，Ni:4.2-5.8％，Mo：0.8-1.2％；Cr:0.10％，余量为Fe及不可避免杂质；所述焊条的药皮为酸性。
对实施例1和2进行着色检验，未发现有裂纹存在，焊接质量良好，所修复角钢塔迄今已安全运行1年，实施例1、2的修复区腐蚀不明显，远优于采用刷涂环氧树脂或富锌防腐涂料的角钢塔。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)将塔脚水泥保护帽打开，将输电塔塔脚腐蚀区域的斜材切除；
(2)将靴板打磨出金属光泽，在靴板内侧贴附钢板进行焊接加固，焊接采用焊条电弧焊；对靴板加固焊接完成后，选用角钢替换已切除的斜材进行加固焊接，焊接采用焊条电弧焊；
(3)对主材进行焊接加固，具体的，在主材内侧首先贴附一层开孔角钢进行焊接加固，所述开孔用于将主材上的螺栓漏出，提高开孔角钢与主材的贴附紧密性；焊接采用焊条电弧焊；之后再在所述开孔角钢之上再焊接一层加固角钢，焊接采用焊条电弧焊；
(4)将发生腐蚀的地脚螺栓及底板切除；
(5)在原地脚螺栓位置焊接钢棒，所述钢棒直径与所修复螺栓直径相同，焊接方法为焊条电弧焊；
(6)选择与底板厚度相同的钢板根据底板切除形状进行焊接恢复，所述焊接采用焊条电弧焊；然后在恢复后的底板上层再采用焊条电弧焊焊接一层钢板。
2.如权利要求1所述的一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，其特征在于，进行补强加固所用的角钢和钢板均为Q420高强钢。
3.如权利要求1所述的一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，其特征在于，步骤(2)中在靴板内侧焊接贴附连接的钢板厚度为6-12mm；焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm，通过控制线能量来控制塔脚部位变形，单道焊缝增厚不大于焊条直径，焊缝宽度不大于焊条直径4倍。
4.如权利要求1所述的一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，其特征在于，优选的，步骤(2)中替换已切除的斜材进行加固焊接所用角钢厚度与原斜材相同；焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-25V，焊接速度18-23cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm。
5.如权利要求1所述的一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，其特征在于，步骤(3)中开孔角钢的厚度6-12mm，肢宽比原主材角钢长0-6mm，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm。
6.如权利要求1所述的一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，其特征在于，步骤(3)中加固角钢的厚度为6-12mm，肢宽比原主材角钢长0-6mm，焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为90A-130A，焊接电压为20-24V，焊接速度22-26cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为3.2mm。
7.如权利要求1所述的一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，其特征在于，步骤(5)中所选钢棒为20号钢；焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为70A-90A，焊接电压为18-22V，焊接速度18-23cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm。
8.如权利要求1所述的一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，其特征在于，步骤(6)中进行焊接恢复时的焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为80A-100A，焊接电压为18-22V，焊接速度20-24cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm；再焊接一层钢板以进一步补强加固时的焊条电弧焊的工艺参数为：焊接电流为80A-100A，焊接电压为18-22V，焊接速度20-24cm/min，焊缝层间温度控制在150-300℃；焊条直径为2.5mm。
9.权利要求1-8任一项所述的一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，其特征在于，所述焊条电弧焊中所用焊条化学成分及质量百分比为：C：0.04％，Mn：0.32％，Si:0.05％，S:0.012％，P≤0.015％，Ni:4.2-5.8％，Mo：0.8-1.2％；Cr:0.10％，余量为Fe及不可避免杂质。
10.如权利要求9所述的一种输电角钢塔塔脚补强加固方法，其特征在于，所述焊条的药皮为酸性。
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