Studi eksperimental pada sifat mekanik suhu rendah dari bahan menara transmisi

Abstrak

menara transmisi, Komponen penting dari jaringan listrik, terpapar dengan kondisi lingkungan yang ekstrem, termasuk suhu rendah di daerah dingin, yang dapat mempengaruhi sifat mekanik bahannya. Artikel ini menyajikan studi eksperimental tentang sifat mekanik suhu rendah baja yang digunakan di menara transmisi, fokus pada kekuatan tarik, kekuatan luluh, keuletan, dan dampak ketangguhan. Bahan seperti baja berkekuatan tinggi Q345B dan Q420C diuji pada suhu mulai dari 20 ° C hingga -45 ° C, mensimulasikan kondisi musim dingin yang keras. Tabel komparatif memberikan data tentang kinerja mekanis, Sementara analisis mengeksplorasi implikasi untuk desain menara dan keamanan di iklim dingin. Studi ini menyoroti strategi pemilihan material dan arahan penelitian di masa depan untuk meningkatkan keandalan menara transmisi pada bulan Maret 22, 2025.

1. pengantar

Menara transmisi mendukung saluran listrik overhead, memastikan pengiriman listrik yang andal di jarak yang luas. Di daerah dengan musim dingin yang parah - seperti Cina utara, Kanada, dan Rusia -Temperatur dapat turun di bawah -40 ° C, menantang integritas struktural bahan menara. Suhu rendah dapat menyebabkan perilaku rapuh pada baja, meningkatkan risiko patah tulang dan kompromi menara stabilitas. Saat tuntutan energi global meningkat dan variabilitas iklim meningkat, memahami sifat mekanik suhu rendah menara transmisi Bahan menjadi penting untuk infrastruktur daya yang aman dan efisien.

Artikel ini merinci penyelidikan eksperimental tentang perilaku baja yang umum digunakan (Q345B dan Q420C) dalam kondisi suhu rendah. Ini memeriksa sifat tarik, Dampak ketangguhan, dan perubahan mikrostruktur, membandingkan sampel yang dilas dan tidak dilapisi. Penelitian ini bertujuan untuk menginformasikan pemilihan material, Standar Desain, dan praktik perkuatan untuk menara transmisi di iklim dingin, menyediakan sumber daya yang komprehensif untuk insinyur dan peneliti.

2. Metodologi Eksperimental

Pengaturan eksperimental menilai sifat mekanik bahan menara transmisi pada berbagai suhu rendah. Parameter dan metode utama diuraikan di bawah ini.

2.1 Bahan dan spesimen

Dua baja berkekuatan tinggi, Q345B dan Q420C, banyak digunakan di menara transmisi, dipilih. Q345B menawarkan keseimbangan kekuatan dan biaya, Sementara Q420C memberikan kekuatan yang lebih tinggi untuk menuntut aplikasi. Spesimen termasuk baja sudut (Komponen Menara Utama) dan sambungan yang dilas, disiapkan sesuai dengan standar ASTM.

2.2 Kondisi pengujian

Tes dilakukan pada 20 ° C (Baseline), 0° C, -20° C, dan -45 ° C., mencerminkan kondisi musim dingin yang khas dan ekstrem. Ruang yang dikendalikan suhu mempertahankan kondisi yang tepat, dengan pendinginan dicapai melalui nitrogen cair.

2.3 Tes mekanis

• Tes keregangan: Mengukur kekuatan luluh (S_y), kekuatan tekanan maksimum (Σ_u), dan perpanjangan menggunakan mesin pengujian universal.
• Tes Dampak Charpy: Menilai ketangguhan dampak (energi diserap) di v-notch, Menentukan suhu transisi ulet-rapuh (Dbtt).
• Analisis Mikrostruktur: Meneliti struktur butir dan permukaan fraktur melalui pemindaian mikroskop elektron (Siapa).

3. Hasil eksperimen

Hasil dari tes tarik dan dampak memberikan wawasan tentang kinerja suhu rendah. Meja 1 menyajikan sifat tarik, sementara meja 2 Detail dampak ketangguhan.

3.1 Sifat tarik

Baik Q345B dan Q420C menunjukkan peningkatan hasil dan kekuatan tarik pada suhu yang lebih rendah, Perilaku umum pada baja karena berkurangnya mobilitas atom. Namun, Perpanjangan berkurang, menunjukkan pengurangan daktilitas. Pada -45 ° C., Perpanjangan Q345B turun ke 16% (dari 24%), Sementara Q420C jatuh ke 15% (dari 22%).

3.2 Dampak ketangguhan

Dampak energi berkurang secara signifikan dengan suhu, mencerminkan pergeseran menuju perilaku rapuh. Q420C mempertahankan ketangguhan yang lebih tinggi pada -45 ° C (45 J) dibandingkan dengan Q345B (30 J), dengan DBTT yang lebih rendah (-32.3° C vs.. -2.5° C), menyarankan resistensi dingin yang lebih baik.

3.3 Sambungan yang dilas

Sampel yang dilas menunjukkan ketangguhan yang sedikit lebih rendah karena zona yang terkena dampak panas (Haz). Untuk lasan Q345b, DBTT naik ke -15,3 ° C, dan untuk Q420C, -6,8 ° C., menunjukkan lasan lebih rentan terhadap kerapuhan.

4. Analisis Komparatif

Meja 3 Membandingkan Q345B dan Q420C dengan bahan alternatif seperti Q235 (baja berkekuatan rendah) dan paduan aluminium (misalnya, 6061-T6) pada -45 ° C..

4.1 Kekuatan dan ketangguhan

Q420C mengungguli Q345B dan Q235 dalam kekuatan dan ketangguhan pada -45 ° C, membuatnya lebih disukai untuk pilek. Aluminium Alloy menawarkan ketangguhan yang unggul (60 J) tapi kekuatan yang lebih rendah, membatasi penggunaannya di menara beban berat.

4.2 Efektivitas biaya

Baja ringan ($800/nada) Saldo Biaya dan Kinerja, sedangkan Q420C ($1000/nada) Membenarkan biayanya yang lebih tinggi dengan properti yang ditingkatkan. Q235 ($600/nada) lebih murah tetapi tidak memadai untuk iklim dingin, dan aluminium ($2500/nada) adalah mahal.

5. Diskusi

5.1 Efek suhu rendah

Suhu rendah meningkatkan kekuatan tetapi mengurangi keuletan dan ketangguhan, meningkatkan risiko patah tulang rapuh. DBTT Bawah Q420C membuatnya lebih tangguh, khususnya di daerah di bawah -20 ° C.

5.2 Ketidaksempurnaan las

Sambungan las menunjukkan DBTT yang lebih tinggi, menyarankan teknik pengelasan itu (misalnya, pemanasan awal, Pilihan Pengisi) Harus dioptimalkan untuk mempertahankan ketangguhan di lingkungan yang dingin.

5.3 Implikasi desain

Desain menara di iklim dingin harus memprioritaskan Q420C untuk komponen kritis, dengan faktor keamanan meningkat (misalnya, 1.5–2.0) untuk memperhitungkan kerapuhan. Direkomendasikan inspeksi lasan rutin.

6. Tantangan

• Variabilitas uji: Kontrol suhu dan persiapan spesimen memengaruhi konsistensi.
• Kendala biaya: Baja tingkat tinggi meningkatkan anggaran proyek.
• Kondisi lapangan: Hasil lab mungkin tidak sepenuhnya mereplikasi beban angin dan es.

7. Penelitian di masa depan

• Pengembangan Paduan: Jelajahi baja dengan peningkatan ketangguhan suhu rendah.
• Pemuatan dinamis: Uji kelelahan dan efek angin pada suhu rendah.
• Efek pelapis: Mempelajari dampak galvanisasi pada sifat mekanik.

8. Kesimpulan

Studi eksperimental ini mengungkapkan bahwa suhu rendah meningkatkan kekuatan baja Q345B dan Q420C tetapi mengurangi keuletan dan ketangguhannya, dengan Q420C menunjukkan resistensi dingin yang unggul karena DBTT yang lebih rendah. Posisi Analisis Komparatif Q420C Sebagai pilihan optimal untuk menara transmisi di musim dingin yang keras, menyeimbangkan kinerja dan biaya. Temuan ini menginformasikan pemilihan material dan standar desain, memastikan keamanan dan keandalan infrastruktur listrik di iklim dingin. Penelitian di masa depan dapat lebih menyempurnakan wawasan ini, meningkatkan ketahanan menara saat tuntutan energi tumbuh.