输电线路紧固件技术要求.doc

输电线路用紧固件

技术要求

二○一○年十一月

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目 次

一、铁搭组装质量基本要求
二、生产标准
三、高强度产品质量控制
四、输电线路用紧固件表面防腐处理
五、电力铁塔紧固件常用工艺及技术现状
附件一：组装铁塔用紧固件标准
附件二：达克罗与热浸镀锌紧固件特性对比

一、铁搭组装质量基本要求
1、脚钉安装位置、螺栓的使用规格及穿入方向，垫圈的加垫位置及数量应符合设计图纸及验收规范的规定。
2、塔材的连接应牢固。交叉处有空隙者，应装设相应厚度的垫圈或垫板；装设的垫板应符合设计图纸规定；装设的垫圈应采用标准垫圈并经热镀锌。
3、防卸、防松螺栓的安装位置应符合设计要求。若无要求时，应在图纸会审时提出并给予确定。
4、螺栓的级别应在螺栓头上明确标识，使用时，其级别应符合设计图纸规定，不同级别螺栓严禁混用。
5、同直径不同长度螺杆的螺栓不应混用。
6、螺杆应与构件平面垂直，螺栓头与构件的接触处不应有空隙。产生空隙的原因可能有：螺栓头加工不规则、残留锌渣、塔材表面不平整、对孔不准及螺栓未拧紧等，应注意查明原因并处理之。
7、塔材组装有困难时应查明原因，严禁强行组装。构件组装困难可能原因有两个：一是塔材的孔间距离误差超标；二是安装塔材规格有误或是安装方向有误。只有查明原因，才能使构件顺利安装。
8、个别螺孔需扩孔时，扩孔部分不应超过3mm；当扩孔需超过3mm时，应先堵焊再重新打孔，并应进行防腐处理。严禁用气割进行扩孔或烧孔。
9、塔片组装后，应依据设计图纸进行核对和检查，发现问题要及时在地面进行处理，切忌留待高空作业处理。
10、杆塔连接螺栓应逐个紧固，4.8级螺栓的扭紧力矩不应小于下表的规定。4.8级以上的螺栓的扭矩标准值由设计规定，若设计无规定时，宜按4.8级螺栓的扭紧力矩执行。
螺栓紧固扭矩标准
螺栓规格
扭矩标准值（N.m）
M12
40
M16
80
M20
100
M24
250

11、螺杆与螺母的螺纹有滑牙或螺母的棱角磨损以致扳手打滑的螺栓必须更换。
12、构件的连接螺栓，凡不影响后续作业者均应在地面紧固。
13、杆塔构件地面组装后应对其质量作一次全面检查，其内容包括：
1)构件是否齐全。缺少的构件是送料缺件还是加工构件尺寸错误应登记清楚。
2)组装尺寸是否正确。
3)组装后的构件是否有弯曲变形，空隙处是否已加垫圈或垫板。
4)防锈层剥落处是否已补涂灰漆或喷锌。
5)螺栓是否已紧固。
二、生产标准
（一）产品机械性能和选材标准
1、 螺栓类产品
（1）GB/T 3098.1-2000 《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》；
（2）DL/T 764.4 《输电线路杆塔及电力金具用热浸镀锌螺栓与螺母》；
（3）GB/T 1231-2006 《钢结构用高强度 大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》。
2、螺母类产品
（1）GB/T 3098.2-2000 《紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹》；
（2）DL/T 764.4 《输电线路杆塔及电力金具用热浸镀锌螺栓与螺母》；
（3）GB/T 1231-2006 《钢结构用高强度 大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》。
(二）高强度紧固件选材
1、8.8级螺栓
（1）直径规格≤M27时，选用40Cr。
（2）直径规格>M27时，选用42CrMo。
2、10.9级螺栓
（1） 直径规格≤M27时，选用35Cr。
（2）直径规格>M27时，选用42CrMo。
（三）产品结构尺寸标准
1、螺栓类产品
（1）GB/T 5780-2000《六角头螺栓 C级》；
（2） DL/T 764.4《输电线路杆塔及电力金具用热浸镀锌螺栓与螺母》；
（3）GB/T 1228-2006《钢结构用高强度大六角头螺栓》。
2、 螺母类产品
（1）GB/T 41-2000《六角头螺栓 C级》；
（2）DL/T 764.4《输电线路杆塔及电力金具用热浸镀锌螺栓与螺母》；
（3） GB/T 1229-2006《钢结构用大六角螺母》。
（四）热浸镀锌螺纹精度公差标准
1、GB/T 22028-2008《热浸镀锌螺纹 在内螺纹上容纳镀锌层》；
2、GB/T 5267.3-2008《紧固件 热浸镀锌层》。
（五）紧固件热浸镀锌标准
1、 GB/T 5267.3-2008《紧固件 热浸镀锌层》；
2、 DL/T 764.4《输电线路杆塔及电力金具用热浸镀锌螺栓与螺母》；
3、GB/T 13912-2000《金属覆盖层 钢铁制件按热浸镀锌层要求及实验方法》；
4、 GB/T 2694-2003《输电线路铁塔制造技术条件》。
三、高强度产品质量控制
紧固件是输电线路铁塔建造中使用最广泛的紧固连接用零件，随着电力行业的不断发展，输电线路中各种跨越铁塔、钢管铁塔等大型铁塔相继设计和建造，高强度紧固件已被广泛采用。
由于输电线路铁塔设计和建造采用的高强度紧固件，一般沿用传统热镀锌工艺对产品表面进行防腐蚀处理，螺母采用扩孔的方法以容纳螺栓螺纹镀层的厚度，这就对高强度紧固件的性能质量和紧固连接质量带来了不同程度的影响。
（一）输电线路铁塔高强度紧固件性能的选用
输电线路铁塔设计和建造中，常选用8.8级螺栓、8级螺母和10.9级螺栓、10级螺母两种性能的产品。由于热浸镀锌工艺容易造成产品氢脆倾向，况且性能越高产品氢脆倾向就越大，因此就目前铁塔的设计和建造应优先选用8.8级螺栓及8级螺母，其可靠性和安全性较高。因为当螺栓的抗拉强度≥1000N/mm²（10.9级以上螺栓产品）时，螺栓由于热浸镀锌工艺及其它因素影响，氢脆倾向明显增大。
当必须选用10.9级螺栓，特别是M27以上规格螺栓时，设计和建设选用时应非常慎重，选用前应与生产厂家探讨产品质量的控制措施和检测措施，以保证产品质量的安全性和可靠性。
（二）输电线路铁塔高强度紧固件对材料的要求
高强度紧固件材料的选用在GB/T 3098.1 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱 及GB/T 3098.2 紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹 中给出了选用范围及要求，但是对热浸镀锌高强度紧固件有些是不适宜的。有些钢材生产的高强度紧固件在热浸镀锌时因镀锌温度的影响，产品硬度及强度会有所降低。比如采用35#钢生产8.8级M16螺栓，在热浸镀锌前其表面硬度和抗拉强度都是合格的，但由于热浸镀锌温度的影响，可能造成硬度或抗拉强度不合格，从而导致最终产品质量不合格、不可靠。这就要求生产热浸镀锌高强度紧固件的生产厂家，选择合适的材料生产热浸镀锌高强度紧固件产品。
（三）输电线路铁塔高强度紧固件的断裂与预防
断裂原因：
----氢脆现象；
----疲劳破坏；
----热处理工艺；
----成型工艺控制；
----非正常受力。
----应采取的预防措施：
----减少产品氢脆倾向的因素；
----避免应力集中出现；
----确保热处理工艺科学合理；
----合理控制成型工艺；
----选用合适的钢材；
----管理施工现场的紧固力。
（四）输电线路铁塔高强度螺栓组装通孔的选择
有些输电线路铁塔在建造过程中，组塔时出现螺栓与通孔配合不合理，配合间隙过小，螺栓头下R角与配合通孔发生干涉，使螺栓六角头下支承面不能压紧被紧固连接件。这就要求设计、制造时根据螺栓标准给予考虑选择合理的通孔。
（五）输电线路铁塔螺母的镀前攻牙和镀后攻牙
目前在其它各国热浸镀锌紧固件中，螺母均要求镀后攻牙，最新的国际标准ISO 10684：2004《紧固件 热浸镀锌层》以及即将发布实施的国家标准GB/T 5267.3《紧固件 热浸镀锌层》中都明确规定对热浸镀锌螺母进行镀后攻牙。
镀后攻牙与镀前攻牙的螺母相比优点是：牙形没有受镀前化学处理的影响而发生形状变化；紧固时咬死现象可能性变小，紧固力易控制；内螺纹牙底没有不均匀的存锌，与螺栓组合顺畅等。镀后攻牙的螺母与热浸镀锌的螺栓配合后，螺栓外螺纹表面的锌因电化学反应，会渗入到没有锌层的螺母内螺纹上，形成防腐蚀保护层而起到防锈作用。
四、输电线路用紧固件表面防腐处理
热浸镀锌表面处理方法是输电线路铁塔及其使用紧固件表面防腐处理应用时间最长，最可靠的方法。其它表面处理方法，如机械镀锌、粉末渗锌、真空渗锌及近年来出现的达克罗表面涂覆防腐处理，在输电线路紧固件使用过程中都出现了诸多缺点和缺陷，并带来了很大的质量隐患。如出现镀锈、涂层的脱落等现象。
通过长期的大量工程实践证明：输电线路用紧固件采用热浸镀锌是最理想的防腐处理方法，其镀层与金属基体之间的合金层，使其具有无比优越的镀层附着强度，这是机械镀锌、粉末渗锌、真空渗锌、达克罗涂层都不具有的，这也是国内外电力行业、公路、铁路等野外要求防腐较高的设施大都采用热浸镀锌防腐处理的主要原因。
五、电力铁塔紧固件常用工艺及技术现状
1、目前我国电力铁塔紧固件常用的强度等级为4.8、6.8、8.8、10.9级，其中用量最多的是6.8、8.8级。按工艺主要分冷镦成形加工及头部局部加热成形加工两种方式。
冷镦成形加工工艺：原材料冷拉（直径改制）→下料→头部预成形→圆头成形（缩径）→切边→螺纹成形→（热处理）→热镀锌→成品。
头部局部加热成形加工工艺：原材料冷拉（直径改制）→下料（倒角）→部分加热→头部热成形→头部倒角→缩径→螺纹成形→（热处理）→热镀锌→成品。
这两种工艺因生产厂家的不同，工艺路线有一定的差异。同样两种工艺在材料应用上也有一定的差异：对于4.8级螺栓，一般都采用低碳钢（Q215、Q235、08AL等），对于6.8级、8.8级螺栓，由于材料市场的供应状况，一般冷镦成形加工采用35#钢（盘园），而头部局部加热成形加工采用45#（直料）。
2、有关残余应力的初步分析
鉴于上述两种工艺的区别，对产品加工过程所存在的残余应力分析如下：
（1）冷镦成形加工工艺：
a、原材料冷拉过程中因冷作硬化而形成的残余应力。
b、头部成形过程中因冷成形金属纤维折叠而形成的残余应力。
c、缩径、螺纹挤压成形过程中因冷作硬化而形成的残余应力。
（2）头部局部加热成形加工工艺：
a、原材料冷拉过程中因冷作硬化而形成的残余应力。
b、部分材料在几秒内快速加热（900℃以上）、头部热成形、包括可能的过烧或欠烧现象而形成的残余应力。
c、加热与未加热部分交界处所产生的残余应力。
d、缩径、螺纹挤压成形过程中因冷作硬化而形成的残余应力。
针对上述残余应力问题，美国标准ASTM A394《钢制镀锌输变电铁塔螺栓和螺母》也规定冷镦“0型”螺栓镀锌前必须进行去应力退火。而在德国标准DIN7990《钢构架栓接用六角螺栓和螺母》中规定螺栓的强度等级为4.6及5.6级。这些标准都已规定对热镀锌前的电力铁塔螺栓（强度等级在8.8级以下）要进行去应力退火处理。
3、相关试验
（1）未经去应力退火处理的产品断口图及拉力试验曲线图：

断口基本上螺栓轴线垂直，拉抻屈服变形微小，断口全部位于螺纹根部，断口平齐，其断裂面形貌属于脆性断裂。
（2）经去应力退火处理的产品断口图及拉力试验曲线图：

拉伸试验断裂时有明显的延伸及断面收缩现象，断裂位
置、断口形状正常，断口沿V型槽准确断裂，其断裂面形貌
属于韧性断裂。断位位置均在螺纹处。
（3）螺栓冲击试验：
相同批次螺栓抽样进行夏比（V型）冲击试验，试验温
度为常温（20℃）和低温（－20℃）进行测试比较。
未经退火处理螺栓：
试件
试验温度℃
冲击吸收功Aku,J
1
20℃
10.51、10.23、10.74
2
－20℃
6.58、6.01、5.77
备注
冲击吸收能量实测值，仅供参考。

经退火处理螺栓：
试件
试验温度℃
冲击吸收功Aku,J
1
20℃
19.27、19.29、19.53
2
－20℃
12.62、11.13、12.32
备注
冲击吸收能量实测值，仅供参考。

（4） 表面硬度及芯部硬度测量：
经退火处理螺栓均能符合标准要求。未经退火处理螺栓均存在超标不符合标准要求现象。
通过以上分析，两种工艺生产的产品都存在着较大的加工残余应力，这些残余应力都有可能造成螺栓在铁塔上安装紧固后发生突然脆性断裂，存在较大的安全隐患，相关使用和制造单位对于这些残余应力的消除必须引起高度的重视。目前电科院已开发出免去应力退火材料，实际使用效果有待于进一步验证。
4、8.8级螺栓应注意的问题
（1）氢脆问题。由于高强度螺栓热处理前通常会进行酸洗处理，酸和铁离子发生反应时产生的氢在缺乏搅动的情况下，易造成氢渗入产品表面形成氢脆。对于8.8级高强螺栓，目前国内各生产厂家在通过改进工艺等已基本能保证防止氢脆产生。对于10.9级及以上产品，通常采用非酸洗工艺或其他工艺改进，从国内外相关资料来看，有待于进一步验证。产生氢脆的产品也可通过加热保温一定时间来进行去氢处理。
(2)淬火裂缝及表面脱碳问题。一旦产品有淬火裂缝发现，那么必须对该批产品进行全数挑检。决不允许有淬火裂缝的产品进入使用。表面脱碳必须符合相关标准规定。上述两质量问题可通过合理选材及工艺改进来避免。
5、螺母镀后攻牙工艺
（1）国内相关新标准已开始使用，主要是为减小螺纹联接副配合间隙，以减少因内外螺纹因容纳锌层厚度后造成的结合强度下降。由此带来的内螺纹表面防腐问题。由于螺栓、母联接安装到铁塔上后，在实际工况下会形成一种阳极保护状态而达到防腐作用，电科院已进行了相应试验，该工艺完全可行。
（2）美国、德国及澳大利亚等国外相应标准均要求热镀锌螺栓紧固用螺母需采用先镀后攻牙工艺。
（3）由于热镀锌螺母只有在与螺栓联接并在野外工况下才能形成阳极保护状态，因此先镀后攻丝螺母的储存及运输过程的防腐必须引起重视。
6、施工建议
采用高强度等级的螺栓和螺母施工时必须先予紧后终紧，予紧高强螺栓需达到一定牢固力矩值，终紧高强螺栓建议采用扭剪型电动扳手和扭矩型电动扳手。《110~500kV架空送电线路施工及验收规范》GB50233规定要求铁塔连接螺栓应逐个紧固，各等级的扭矩力标准值也有明确规定，对螺杆与螺母的螺纹有滑牙和螺母的棱角磨损以致扳手打滑的螺栓应更换，对使用螺栓数量特别大、重要跨越及500kV以上线路，铁塔螺栓其要求更加严格，螺栓使用的数量和品种必须分批次的进行严格的检测。总之，铁塔安装质量需依靠精良的螺栓的加工和仔细的施工安装均能严格执行相关技术规定和要求。

附件一：

组装铁塔用紧固件标准

一、螺栓的机械性能、尺寸
----《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》GB/T 3098.1
----《六角头螺栓 C级》GB/T 5780
----《输电线路铁塔及电力金具紧固用冷镦热浸镀锌螺栓与螺母》DL/T 764.4
二、螺母的机械性能、尺寸
----《紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹》GB/T 3098.2
----《六角头螺母 C级》GB/T 41
----《输电线路铁塔及电力金具紧固用冷镦热浸镀锌螺栓与螺母》DL/T 764.4
三、紧固件防腐
所有紧固件均应采用热浸镀锌表面防腐处理，热浸镀锌螺纹在内螺纹上容纳镀锌层。
热浸镀锌要求：
----《紧固件 热浸镀锌层》GB T 5267.3
----《输电线路铁塔及电力金具紧固用冷镦热浸镀锌螺栓与螺母》DL/T 764.4

四、扣紧螺母的材质及加工
----《扣紧螺母》GB/T 805
五、其它紧固件产品
----按国家和行业相关标准执行

附件二：

达克罗与热浸镀锌紧固件特性对比

达克罗紧固件是随着达克罗工艺技术在全世界的推广使用而出现的一种防腐性能高、生产成本低的紧固件。目前，表面达克罗紧固件正在各行业广泛推广使用。

达克罗与热浸镀锌紧固件主要特性对比
工艺特性
非电解锌片涂层紧固件
热浸镀锌紧固件
防腐性能
盐雾试验480～3000小时
盐雾试验200～300小时
氢脆倾向
(1)工艺过程中无酸处理,避免产生氢脆，能有效防止避免氢脆断裂。
(2)在涂覆锌片之前已吸收的氢在加热烘烤过程中可通过锌层逸出。
(1)工艺过程中多采用酸处理，易产生氢脆的倾向和可能。
(2)高强度紧固件氢脆倾向较大,易出现紧固件掉头断裂。
螺纹公差
及精度
螺纹公差精度高，内螺纹无需扩孔，螺栓、螺母配合间隙合理。
螺纹公差精度低，内螺纹需扩孔，螺栓、螺母配合间隙不合理。
紧固力
控 制
涂层均匀光洁、光滑，紧固时扭矩系数较小且稳定，拧紧力易控制，安装紧固可靠安全。
由于镀锌层的影响，紧固时扭矩系数很大且不稳定，拧紧力难以控制，易出现“咬死”现象，给安装紧固带来极大不利影响。
紧固件
性 能
内、外螺纹精度高，内螺纹无需扩孔，配合间隙合理，紧固件性能良好。
由于内螺纹扩孔加大及锌层的影响，配合间隙不合理，紧固件性能差。
涂 层
质 量
涂层质量理想，厚度均匀，表面光洁，基本不影响紧固性能。
涂层质量差，厚度不均匀，表面不光洁，严重影响紧固件性能。

鸣谢：
广西送变电建设公司李庆林先生、温州信德电力配件有限公司王正寅先生、广东自生电力配件制造有限公司冯金良先生为本文提供珍贵素材。

国家电网公司交流建设分公司
郑怀清
二○一○年十一月