1 国内外输电线路铁塔用钢管塔的制造现状
输电线路铁塔采用钢管塔具有构件附加荷载小、刚度大、结构简洁、受力合理、传力清晰等特点，特别是在极端条件下抵抗自然灾害的能力明显高于角钢塔。
我国输电线路钢管塔应用始于20世纪70年代初，首次在220kV南京燕子矶长江大跨越钢管塔中应用，2008年4月我国启动输电线路钢管塔推广应用以来，已有220kV、500kV、750kV、1000kV等电压等级的多条线路采用了钢管塔，所用直缝焊管、带颈法兰的材质级别分别达到了Q460C、Q420C级、高强螺栓达到8.8级，我国钢管塔制造技术、装备能力快速提升。
日本是输电线路中使用钢管塔最多的国家，在钢管塔制造方面，有完善的技术标准、先进的制造装备、成熟的加工经验和检验手段，代表了当前钢管塔制造国际水平。
2 钢管塔技术标准
2.1钢管塔用原材料技术标准
钢管塔中广泛使用直缝焊管与带颈法兰，我国有《直缝电焊钢管》（GB/T 13793）、《钢制管法兰 技术条件》（GB/T 9124）等标准，主要针对流体管制定，由于输电铁塔用直缝焊管为结构管，与流体管相比，在钢管直线度、椭圆度、变形等方面的技术要求明显不同；而铁塔用带颈法兰与流体管道连接用法兰的受力状况、法兰结构、尺寸精度等方面的差异更大。
国家电网公司于2009年12月颁布了企业标准《输电线路钢管塔加工技术规程》（Q/GDW 384-2009），在其附录A《输电线路钢管塔用直缝焊管技术条件》、附录B《输电线路钢管塔用带颈法兰技术条件》、附录C《输电线路钢管塔用板式平面法兰技术条件》中对钢管塔用焊管、带颈法兰、平板法兰分别提出了明确的要求，钢管塔用材质最高达到了Q460C。
日本铁塔用钢管方面的标准主要有JIS G 3444《普通结构用碳钢管》，规定了用于制造铁塔的STK290到STK540等级钢材的技术要求；JIS G 3474《铁塔用高强钢钢管》，规定了STKT590钢管（屈服强度440MPa）的技术要求。未查到日本针对钢管塔用带颈法兰方面的技术标准。
2.2钢管塔制造技术标准
日本钢管塔制造方面的主要技术标准有：《输电用钢管铁塔制造标准》，侧重于设计，它规定了钢管铁塔的详细结构设计，并规定了钢管塔在构件加工、焊接、镀锌方面的要求；《钢管铁塔焊接施工标准》是对钢管塔加工中焊接施工的专门规定；《钢管塔焊接检验标准》是针对输电用钢管塔焊接试验及检验方面的要求。
我国钢管塔制造主要技术标准是《输变电钢管结构制造技术条件》（DL/T 646），规定了输变电钢管杆、钢管塔及钢管变电构支架制造技术要求、检验规则等；国家电网公司企业标准《输电线路钢管塔加工技术规程》（Q/GDW384-2009）规定了输电线路钢管塔加工技术要求，包括了在制作、焊接、装配、试组装、防腐、检验等方面的要求，内容涵盖了钢管塔的整个加工过程，与DL/T646相比，要求更加具体、严格，是国家电网公司钢管塔主要技术标准。
2.3日本钢管塔制造标准与Q/GDW384-2009对比分析
1）焊接构件的划分
日本标准以考虑结构件重要程度为基本点，在关注构件本身重要程度的同时，将基本构件分成3种类型进行质量控制。
第1类 — 辅件的所有焊接部位以及焊接在主柱、横担及腹杆材料（包括平面结构件材料）上的辅件焊接部位（一般部位）。
第2类 — 在腹杆（包括平面构件）上施行的焊接中，除对象构件为辅件外所有焊接部位（重要部位）。
第3类 — 在主柱、横担材料上施行的焊接中，除对象构件为辅件外所有焊接部位（最重要部位）。
我国Q/GDW 384-2009则主要按照具体构件的位置及其在钢管塔中的服役条件，对其连接的焊缝质量等级进行划分，并对不同等级的焊缝采用不同的质量要求。
实际上，我国标准与日本标准的分类侧重点有所不同，日本标准注重设计，而我国标准更注重加工方面的实际应用。
2）对焊接技术人员及焊接作业人员的要求
影响钢管塔质量的关键因素是焊接质量。日本标准要求从事焊接管理的技术人员，必须是日本焊接协会WES 8103《关于结构件焊接施工及管理技术人员资格认证标准》中规定的有资格人员。对于焊接作业人员，日本标准将其分为手工焊、半自动焊、自动焊的焊工，要求按不同焊接方法进行相应项目的考核。对无损检测人员要求经NDIS 0601《非破坏性检验技术员技术认定规程》考试合格的人员担任。
我国Q/GDW 384-2009把焊接人员分为焊接技术人员、焊接作业人员、无损检测人员、质检员等。要求焊接技术人员接受专门的培训，取得资格；焊接作业人员（焊工、焊机操作工）须经专门的基本理论和操作技能培训，考试合格。无损检测人员（包括从事射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测的人员）应取得国家或行业的无损检测资格，进行薄壁管对接环焊缝超声波检测的人员，还应取得专项作业资格证书。
3）钢管塔用钢等级
日本铁塔用钢的牌号、性能见表1。
表1 日本铁塔用钢材主要牌号、性能
旧牌号
新牌号
标准
屈服强度，MPa
≥
抗拉强度，MPa,≥
冲击功，J
≥
厚度
小于16mm
厚度
16-40mm
℃
J
SS41
SS400
JIS G 3101-2004
普通结构用轧制钢材
245
235
400-510
无冲击要求，有弯曲要求
SS50
SS490
285
275
490-610
SS55
SS540
400
390
540
STK41
STK400
JIS G 3444-2006
普通结构用碳素钢管
235
400
无冲击要求，有压扁试验要求
STK55
STK540
390
540
SM50
SM490
JIS G 3106-2008
焊接结构用轧制钢材
325
315
490-610
0
B级,27
C级,47
---
SM520
365
355
520-640
0
SM570
460
450
570-720
-5
47
STKT60
STKS590
JIS G 3474-2008
铁塔用高强钢钢管（焊管）
440
590-740
-5℃冲击功，47；有压扁试验要求。
SH60S
SH590S
JIS G 3129-2005
铁塔用高强钢钢材
440
590
无要求
SH60P
SH590P
440
590-740
-5℃冲击功，47；有压扁试验要求。
日本铁塔用钢材的屈服强度等级最高为460MPa（SM570），相当于我国的Q460等级，而其铁塔用高强钢专用标准中屈服强度等级为440MPa（SH590S、SH590P），介于我国Q420和Q460之间。在钢管塔用材强度等级上，两国标准基本相当；但冲击功方面，日本标准对高强钢的试验温度、冲击功要求均高于我国标准；从成分控制方面，日本标准更加严格（见表2），主要表现为对元素含量的控制范围、P、S杂质元素的控制等。反映出我国钢铁制造水平仍有差距。
表2 几种铁塔用钢成分对比
钢材牌号
标准号
C1） Si1） Mn1） P1） S1） Nb+V1）
碳当量2）
STKT590
JIS G 3474-2008
0.12 0.40 2.0 0.030 0.030 0.15
0.40
SH590P
JIS G 3129-2005
0.12 0.40 2.0 0.030 0.030 0.15
0.40
SH590S
0.18 0.40 1.8 0.035 0.030 0.15
0.45
Q420B
GB/T 1591-2008
0.20 0.50 1.7 0.040 0.040 3）
0.45
Q460C
0.20 0.60 1.8 0.035 0.035 3）
0.46
注：1）元素含量为最大值；
2）日本标准与我国标准采用不同的碳当量计算公式：
JIS标准：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14
GB标准：Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15
3）中国标准主要限定单个合金元素的最大含量，采用多元素时，控制V+Nb+Ti的总含量。
4）焊接环境条件与焊接热处理
日本标准和我国Q/GDW 384-2009均给出了铁塔焊接时对温度、风速、湿度的要求。焊接作业环境条件要求基本相同，由于日本《钢管铁塔焊接施工标准》中明确的钢材等级只到Q390级（SS55、STK540），而我国标准钢材等级达到了Q460级，因而对焊接环境温度的要求更加严格。
日本标准按照钢材等级与板厚，依据所用焊接材料含氢量的不同，规定了钢管塔加工时的焊接预热要求。对普通的碳钢，当壁厚超过25mm时，要求预热到80℃以上，对SS55则要求预热到100℃以上。
我国Q/GDW 384-2009要求对Q420及以上等级的钢材，当厚度超过一定尺寸或焊接环境温度低于规程规定的温度时，要求按作业指导书的要求进行预热、后热或焊后热处理。我国标准完全基于焊接工艺评定，通过焊接工艺评定来确定其焊接时的预热、后热、焊后热处理要求。
5）构件装配允许偏差
日本标准和我国Q/GDW 384-2009构件装配允许偏差对比见表3。从构件装配偏差看，我国标准较日本标准严格。
表3 构件装配允许偏差对比
项目
法兰面对轴线倾斜
，mm
构件长度
，mm
插板中心偏移b
，mm
U形板
开口尺寸k
，mm
倾角β
，°
装配偏移Δ，mm
日本标准
主柱：θ＜0′20″
腹杆：θ＜1′
±2.0
±1.5
0-5
＜1°
＜1.5
Q/GDW 384-2009
D＜1500，＜1.5mm
D≥1500,＜2.0mm
±2.0
±1.0
0-４
无要求
＜1.0
表4 试组装尺寸允许偏差对比
项目
构件
直线度
法兰连接
面间隙，mm
法兰对口错边，mm
平衡孔窜位，mm
根开尺寸，mm
横担长度，mm
日本标准
≤L/1000
≤2
≤2
±1.5
10m以内，±3.0；10m以上，±5.0
10m以内，±3.0；10m以上，±5.0
国内标准
≤L/1000
≤2
≤2
无要求
≤L/2000,且不大于20
±10；
3 钢管塔加工技术装备
从铁塔加工方面，日本比较注重钢管塔加工效率的提高，因而其机械化程度高。目前，日本钢管塔加工中主要配备有机械化切断装置、自动焊接机、弯板机等。钢管一般采用等离子切割,钢管法兰对接焊缝采用专用胎具组装再用自动焊的方式，其他焊缝一般手工半自动气体保护焊。
近年来，我国钢管塔加工技术装备日益先进，设备的自动化水平、构件的加工精度、加工效率得到大幅度提升。
1）放样装备
采用了放样软件，技术水平、使用效果与日本相当。
2）下料与制孔装备
广泛使用数控等离子切割机、数控火焰切割机、数控剪板机用于钢管切割、环形板、连接板下料；使用数控冲孔机、数控钻床制孔。
3）制管设备
我国多数钢管塔制造企业配备有制管车间，主要生产406mm及以上、厚度8-60mm的埋弧焊管。焊管生产多采用JCOE工艺，焊接多采用GMAW根焊、双丝或多丝SAW焊工艺焊接，多数企业配备有精整设备和冷扩径设备，以满足钢管塔对钢管直线度和椭圆度的要求。
4）坡口与开槽加工设备
钢管塔主材一般采用焊管与法兰连接形式，斜材一般采用插板连接形式，需要进行大量的坡口加工及开槽加工。目前，钢管塔制造企业广泛使用坡口切割机、专用开槽机等专用设备，以提高加工质量和效率。
5）焊接与检验设备
焊接设备：普遍使用高效率的CO2气体保护焊（GMAW、FCAW）、埋弧焊（SAW）等，钢管与法兰的焊接使用专用的法兰装配线和自动焊接线，生产效率高、焊缝质量好。
检验设备：钢管塔制造企业除装备有拉伸、冲击、弯曲等力学性能试验设备外，还配备磁粉检测设备。为满足焊缝内部检验要求，普遍使用数字式超声波探伤仪，为进行薄壁管对接焊缝检验，配备有专用的爬波检验试块和探头。部分企业还装备有射线检验设备。
6）试组装设备
我国钢管塔以立式加卧式组装为主，配备有塔吊等装备，日本多用卧式组装。
7）热浸镀锌设备
我国钢管塔一般以热浸镀锌产品供货。多数企业工艺陈旧，镀锌作业环境较差，能耗较高，对环境污染较严重。目前，我国铁塔制造行业以南京大吉的热浸镀锌装置最为先进，特别是配有完善的“三废”处理系统。
4 钢管塔焊接与检验技术
4.1 焊接技术
钢管塔焊接构件多，包括钢管与平板法兰连接的刚性连接、柔性连接，钢管与带颈法兰对接焊连接、搭接焊连接，钢管与钢管相贯焊接、K节点连接，以及钢管与连接板、环形加强板、U型槽与U型板、插板焊接等，连接焊缝质量要求高，对焊接技术管理、焊工及检验人员都有更严格的要求。
目前，我国钢管塔制造中所采用的焊接方法主要有GMAW、FCAW、SAW、SMAW及其组合焊接。其中，SMAW主要用于焊缝定位焊，在塔厂应用较少；GMAW、FCAW半自动焊主要用于≤219mm的钢管与法兰焊接，辅件的焊接； GMAW或GMAW+SAW自动焊主要用于＞219mm钢管与法兰的对接焊、插接焊。
为提高铁塔加工效率，多数钢管塔制造企业装备了自动焊接生产线（包括钢管与法兰装配线、焊接生产线），有些还配备有自动物流输送系统。
4.2焊接检验技术
从标准方面看，我国与日本标准均将焊缝的检验项目划分为外观质量检验和内部质量检验，检验项目基本相当。
从表面状态和尺寸检验看，均采用抽样检验，但Q/GDW 384-2009采用GB/T 2828加严检验一次抽样，日本标准采用二次抽样方案。
从内部检验手段看，Q/GDW 384-2009主要采用UT检验，设计要求或仲裁时采用RT检验。对薄壁管（厚度小于8mm）环向对接焊缝采用以爬波检测为主、横波检测为辅的检测方法，在该标准附录F中详细规定了该方法的检验技术及质量评定要求。日本标准采用RT、UT中任意一种方法进行检验。
4.3焊接变形的矫正技术
焊接变形的矫正分为冷矫正、热矫正。钢管塔的冷矫正多采用压力机进行，热矫正多采用火焰加热，手工或机械的方法进行矫正。Q/GDW 384-2009从构件部件、弯曲程度、材质等方面对矫正方法进行限制。
与日本标准相比，尽管热矫正加热温度基本一致，但冷却方法不同，日本对STK55、SS55、SM50钢在进行水冷时，要求先空冷到650℃后再水冷；对STK41、SS41钢采用水冷或者空冷。我国标准一般自然冷却。
5 钢管塔监造技术
钢管塔监造是保证加工制造质量的有效手段。国外在铁塔监造方面主要采取关键点监造方式，目前没有成形的监造技术文件可以借鉴。
我国铁塔监造主要采用驻厂监造方式，从2001年三峡输变电500kV线路工程开始，我国的输电线路铁塔监造技术已经日臻成熟。不仅有比较完整的监造技术文件，在监造工作实践中，也掌握了钢管塔监造关键点，积累了大量的钢管塔监造经验，对保证输电线路钢管塔的制造质量起到了积极作用。
6 输电线路钢管塔工程应用
2008年以来，仅国家电网公司系统，就在220kV、500kV、750kV、1000kV等电压等级的多条交流输电线路以及多个电压等级的直流输电线路大跨越中应用了钢管塔。
目前已有输电线路中钢管塔制造最高材质配置为：练塘-泗泾500kV线路Q460C（直缝焊管）+Q345B（带颈法兰）；酒泉-安西750kV线路Q420C（直缝焊管）+Q420C（带颈法兰）。
2010年11月2日，我国首基Q690钢管塔真型试验获得成功，该塔呼高21m，全高51m，塔重45.227t，由河南鼎力制造。该塔采用刚性法兰焊接结构，钢管、平板法兰、加劲板均采用Q690C材质，是目前世界上最高强度等级的输电铁塔。真型试验中，90°大风工况超载到190%发生破坏。
大跨越塔中，舟山220kV大跨越工程的6基高塔及8基锚塔全部采用钢管塔设计。其中两基370m高钢管塔单基塔重5999t，档距2756m，均为世界之最。该塔塔身底部主管最大规格2000mm×25mm，塔身2000、1900、1800mm主管均采用内外法兰连接，其余主管采用外法兰连接。材质方面，横担主材采用了ASTM A572 Gr65高强钢。该塔由浙江盛达制造，其中，大直径钢管制作技术、球节点制作技术、具有互换性的钢结构焊接构件模板制造技术、双排螺栓孔法兰焊接变形控制技术、大塔脚法兰孔扩孔技术等成为新一代大负荷钢管塔的加工关键技术，对高塔设计与加工有很好的借鉴意义。
7 结论
目前，我国已经制作出了世界第一高塔、世界最高强度等级的钢管塔，我国在输电线路钢管塔制造的技术标准、技术装备、加工水平等方面已与日本相当，表明我国输电线路钢管塔制造技术已经达到了国际一流水平。但我国在铁塔构件的防腐技术方面，特别是镀锌装备、环保水平方面，仍与日本有较大的差距；构件加工精细化水平、整塔的装配精度仍有待进一步的提高。
信息《世界金属导报》