高海拔极寒地区输电铁塔加工技术难点及对策研究

一、引言

高海拔极寒地区的输电铁塔需同时承受低温脆化、强风荷载、冰雪堆积等多重极端条件，其结构安全性与耐久性高度依赖生产制作环节的加工精度与工艺控制。相较于现场安装，铁塔的工厂化生产（冷弯、焊接、制孔等核心工序）直接决定构件性能 —— 若冷弯成型存在裂纹、焊接接头韧性不足或制孔偏差超标，将导致铁塔在极寒环境下出现结构失效风险。当前行业研究多聚焦于铁塔设计与现场施工，对生产加工环节的针对性研究较少。

二、技术难点分析

2.1 低温环境对加工用材料性能的制约

低温会导致钢材塑性下降，冷弯易产生裂纹；焊接接头冷却加快，形成硬脆组织且韧性不足；制孔后钢材收缩，温度回升时孔位易偏移，影响后续螺栓连接精度，给各加工工序带来隐患。

2.2 生产加工核心工序的技术痛点

2.2.1 冷弯成型难点

多曲率杆件的回弹量难控制，低温下钢材弹性特性变化导致尺寸偏差；不同批次钢材低温韧性有差异，未调整工艺易出现质量不均；传统工艺无低温预处理，构件运至现场后可能二次变形，增加组装难度。

2.2.2 低温焊接难点

焊前预热温度流失快，难以满足低氢焊材要求；关键节点焊接量大，低温下钢材刚性强，变形后矫正难且易产生二次应力；熔池流动性下降易出现未熔合、夹渣，焊道温度难维持导致焊缝组织不均、韧性差。

2.2.3 制孔精度难点

高强度螺栓连接对孔位精度要求高，低温钢材收缩易致孔位偏移；多杆件叠合时贴合度差，钻孔易出现孔径不规则、孔壁粗糙；不同工位温差导致加工基准不一致，孔位同轴度偏差大，影响现场组装效率。

2.3 加工精度与结构稳定性的关联难点

冷弯裂纹未检出会在极端荷载下扩展致杆件断裂；焊接接头韧性不足易低温脆断，威胁节点承载；制孔偏差可能迫使强行装配，杆件承受附加应力，长期易致铁塔倾斜甚至失效。

2.4 高海拔现场施工的适配性挑战

高海拔地区氧气稀薄、施工窗口期短，加工构件若有精度偏差，现场调整难度大。如孔位错位需扩孔，既耗时间又削弱杆件强度；构件返工运输还会延长工期、增加成本，需提前保障加工适配性。

三、技术对策

3.1 适配加工需求的材料选择与预处理

3.1.1 材料选型优化

在高海拔极寒地区输电铁塔的加工中，材料的合理选型是保障加工质量与构件性能的基础。应优先选用低温韧性与加工性能协同的钢材，这类钢材在低温环境下既能保持较好的塑性，满足冷弯成型过程中对材料延展性的要求，避免弯曲时产生裂纹，又能在焊接过程中减少接头硬脆组织的形成，降低焊接缺陷风险。对于焊接所用的焊材，需选择低氢型低温焊材，这类焊材在低温焊接时能有效减少焊缝中的氢含量，降低冷裂纹的产生概率，同时确保焊缝的韧性与母材相匹配，使焊接接头具备与母材相当的承载能力和抗低温性能，避免因焊材选择不当导致焊缝成为整个构件的薄弱环节。

3.1.2 材料预处理工艺

为减少低温环境对材料性能的影响，在铁塔加工前需对所用材料进行针对性的预处理。钢材入库后，应先模拟高海拔极寒地区的低温环境进行预处理，让钢材在低温条件下完成尺寸收缩，待尺寸稳定后再进入正式加工环节，这样能有效避免加工完成后构件因环境温度变化出现尺寸偏移。对于焊接所用的焊材，使用前需进行烘干处理，去除焊材中吸附的水分，防止焊接过程中水分分解产生氢气，导致焊缝出现气孔、裂纹等缺陷；烘干后的焊材需存入保温筒中妥善保存，避免再次吸潮，确保焊材始终处于符合焊接要求的状态。

3.2 生产加工核心工序的优化对策

3.2.1 冷弯成型工艺优化

针对低温环境下冷弯成型的难点，需从设备选型与工艺参数调整两方面进行优化。应选用数控液压冷弯机，这类设备具备精准的参数控制能力，能根据不同截面杆件的冷弯需求，设定渐进式的弯曲路径，通过控制弯曲速度和压力，减少弯曲过程中钢材内部的应力集中，降低裂纹产生的概率。在弯曲过程中，可适当增加停顿时间，让钢材有足够的时间释放内部应力，更好地控制回弹量，确保成型尺寸符合设计要求。冷弯前可对钢材进行局部预热，提升钢材的塑性，进一步减少冷弯裂纹的产生；冷弯完成后，需采用渗透检测手段检查构件表面是否存在裂纹，发现不合格构件立即报废，避免流入后续工序。

3.2.2 低温焊接工艺优化

为提升低温环境下的焊接质量，需构建 “三阶段温度控制” 的焊接工艺体系。焊前预热阶段，采用电加热片对焊接区域进行均匀预热，通过红外测温仪实时监控预热温度，确保焊接区域整体温度达到标准要求，为焊接提供稳定的温度环境，避免因局部温度不足导致焊接缺陷。焊接过程中，用陶瓷保温毯包裹焊道，减少焊道热量的散失，维持焊道之间的温度在合理范围，确保焊缝组织能够均匀形成，提升焊缝的整体韧性。

3.2.3 制孔精度优化

为保障制孔精度，需从设备选用、工艺改进与精度检测三方面入手。应采用高精度数控龙门钻床进行制孔作业，这类设备具备精准的定位能力，加工时统一以构件的端面及侧边作为唯一基准，避免因基准不统一导致的孔位偏差；制孔前在基准面粘贴温度补偿片，实时监测并修正环境温度变化对基准的影响，确保加工基准始终稳定。在多杆件叠合制孔时，采用液压夹紧装置将杆件紧密固定，减少杆件之间的间隙，确保钻孔过程中杆件不会发生位移，避免出现孔径不规则的问题；选择合适的钻头类型，控制钻孔速度与进给速度，减少钻孔过程中对孔壁的损伤，保证孔壁光滑度。

3.3 加工与结构设计的协同优化

要实现铁塔加工质量与结构稳定性的双重保障，需推动加工工艺与结构设计的协同优化。在结构设计阶段，应充分考虑后续加工的可行性，避免设计 “小半径多曲率” 的冷弯结构，这类结构在冷弯成型过程中极易产生裂纹，增加加工难度与质量风险；孔位布局采用 “等间距阵列” 的设计方式，这种布局更便于数控钻床进行批量加工，减少因孔位布局不规则导致的加工偏差。

3.4 现场安装的适配性保障

为减少高海拔现场安装的难度，加工环节需提前做好适配性保障措施。构件出厂前，在车间内搭建与现场实际安装场景一致的 1:1 塔段模型，进行模拟组装试验，通过模拟组装检查构件之间的适配性，若发现构件存在尺寸偏差或连接不畅的问题，及时在车间内进行调整修复，避免将问题带入现场施工环节。

五、结论

高海拔极寒地区输电铁塔的性能核心在于生产制作环节的工艺控制冷弯成型的裂纹预防、低温焊接的韧性保障、制孔精度的偏差控制，是解决极寒环境适应性的关键。通过 “材料预处理 - 工艺优化 - 设备升级 - 检测验证”的全流程技术对策，可有效解决加工难点：低温韧性钢材与专用焊材的选用，结合低温预处理，为加工环节提供基础保障，减少材料性能波动对加工质量的影响；数控化、自动化加工设备的应用，配合参数实时监控，提升冷弯、焊接、制孔的精度与一致性，避免人工操作带来的误差；全流程检测与极寒环境模拟验证，确保构件性能达标，降低现场安装风险，为铁塔在高海拔极寒环境下的安全稳定运行奠定基础。

参考文献：

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