电力塔螺栓的加工难题
时间:
2024-12-18
电力塔螺栓的加工难点
目前，中国电力塔常用螺栓的强度等级有4.8级、6.8级、8.8级和10.9级，其中6.8级和8.8级应用最为广泛。按加工工艺分，主要分为冷镦成形和热锻成形两大类，材料应用也有差异。4.8级螺栓一般采用低碳钢Q215、Q235、ML08AL和1010；6.8级、8.8级螺栓，由于材料市场供应情况，一般采用SWRCH35K、35、ML35钢等；8.8级螺栓若为热锻成形，则采用SWRCH45K、45钢等；10.9级冷镦成形或热锻成形的螺栓，大多采用40Cr、35CrMo或SCM435钢。
电力塔螺栓加工的合理性是保证螺栓产品质量的基础。迄今为止，电力塔螺栓U型弯事故时有发生，现对产品加工过程中存在的加工难点及由此产生的应力分析如下。
1. 冷镦成形工艺
① 原材料冷拔过程中因冷作硬化产生的残余应力。
② 头部冷镦成形过程中由于成形工艺参数不合理，造成金属纤维过度折叠，甚至断裂而形成残余应力。
③ 减径和螺纹挤压成形过程中因冷作硬化产生的残余应力。
④ 8.8级以上高强度螺栓热处理后的残余应力。
2. 热锻成形工艺
① 原材料冷拔过程中因冷作硬化产生的残余应力。
① 短时间内（几秒钟）快速加热（900℃以上）局部材料，但也存在过烧或欠烧的可能性，而形成残余应力。
③ 加热部分与未加热部分结合处产生的残余应力。
④ 减径和螺纹挤压成形过程中因冷作硬化产生的残余应力。
⑤ 头部成形过程中由于成形工艺参数不合理，造成金属纤维过度折叠而产生的残余应力。
⑥ 8.8级以上高强度螺栓热处理后的残余应力。
3. 断裂形态
① 存在较大的残余应力，造成脆性断裂。基本垂直于螺栓轴线，拉伸屈服变形小。断口直径基本无缩颈现象，断裂位置均位于螺纹根部，断面齐平，晶粒粗大，断口形貌属于脆性断裂。
② 正常的拉伸断裂，断裂时有明显的伸长和缩颈现象，断裂位置在螺纹处，断面与螺栓轴线成一定角度，断裂沿螺纹呈V型槽断裂，断口形貌属于韧性断裂。
4. 质量缺陷
① 由于原材料中存在夹杂物、细微折叠裂纹等缺陷，以及不合理的加工工艺（例如省略球化退火或球化退火工艺参数不正确）等原因，造成产品冷硬化程度严重，从而产生螺栓头部爆裂等质量缺陷。
② 头部成形工艺参数不合理，产品成形过程中头部金属纤维过度折叠甚至断裂，造成应力集中。导致螺栓U型弯等严重质量问题。
③ 同样由于螺栓工艺参数不合理，头部成形过程中金属纤维过度折叠甚至断裂，以及热处理工艺不合理，造成高强度螺栓回火时淬火裂纹。
总之，电力塔螺栓加工过程中残余应力的存在是造成螺栓质量问题的主要原因，尤其是在实际使用过程中，由于输电线路导线张力、风摆等作用，造成螺栓局部应力不均，导致螺栓过早失效，甚至发生突然脆性断裂，存在较大的安全隐患。越来越重视电力塔螺栓加工过程中消除残余应力的研究。例如，美国标准ASTMA394-2005钢制镀锌输电变电塔螺栓及螺母和德国标准DIN7990-2008钢结构用六角头螺栓及六角螺母都规定螺栓强度等级为4.8级和6.8级，即电力塔螺栓（强度等级低于8.8级）热镀锌前需要进行去应力退火，以降低和消除残余应力，提高产品韧性。冷镦完成后，一般在550-650℃缓慢冷却2-4h进行应力消除退火。
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