淺談巴貢電站壓力鋼管制作與安裝的焊接

曹鋒 郭蕾

摘要：壓力鋼管是目前大部分水電站的一個(gè)重要金結(jié)工程。焊接是壓力鋼管制作和安裝的一道重要的工序，從某種意義上來(lái)講，壓力鋼管的質(zhì)量其實(shí)就是焊接質(zhì)量。本文主要以作者親身經(jīng)歷的馬來(lái)西亞巴貢水電站壓力鋼管制作和安裝的焊接為例，來(lái)分析一下壓力鋼管在焊接中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，以及怎樣采用合理的工藝來(lái)保證焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：壓力鋼管 制作與安裝 焊接 工藝

中圖分類號(hào)：TU27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0057-02

巴貢水電站坐落在馬來(lái)西亞沙撈越州的拉讓江畔，是目前國(guó)外在建的最高混凝土面板堆石壩電站，號(hào)稱馬來(lái)西亞的“三峽工程”，同時(shí)也是中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)總公司在建的國(guó)際工程的一號(hào)標(biāo)志性工程。巴貢水電站引水隧道共8條，采用單管單機(jī)布置方式，每條隧洞上平段、漸變段組成，鋼管直徑為7m，壁厚28～42mm，鋼管靠近廠房的部位通過(guò)彎管、斜錐管，直徑從7m漸變4.85m管徑與蝸殼相連接。最高水頭約200m，管節(jié)總共為672節(jié)，總重量為11979.048t，總長(zhǎng)度為1966.887m。壓力鋼管為地下埋管。鋼板材質(zhì)為16MnR。

1 根據(jù)以往常規(guī)的焊接方法焊接壓力鋼管容易出現(xiàn)的主要問(wèn)題

1.1焊接裂紋

16MnR鋼是用于生產(chǎn)鍋爐壓力容器的一種常用鋼材，屬低合金鋼，具有良好的力學(xué)性能和焊接性，焊接時(shí)熱裂紋傾向不明顯，但具有一定的淬硬傾向，焊接時(shí)應(yīng)主要防止冷裂紋。16MnR鋼由于含有使鋼材強(qiáng)化的C、Mn、V、Nb等元素，在焊接時(shí)易淬硬，這些硬化組織很敏感，因此，在剛性較大或拘束應(yīng)力高的情況下，若焊接工藝不當(dāng)，很容易產(chǎn)生冷裂紋。另外，焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)也是引起冷裂紋的直接原因，而且這類裂紋有一定的延遲性，其危害極大。預(yù)防產(chǎn)生冷裂紋首先要嚴(yán)格控制焊接線能量，線能量過(guò)大會(huì)使焊縫熱影響區(qū)奧氏體晶粒粗化，接頭韌性下降，降低其抗裂性能。線能量過(guò)小，則冷卻速度大，易淬硬而增大其冷裂傾向。

1.2未焊透

壓力鋼管的安裝環(huán)縫采用的是帶墊板V形坡口，由于下料、對(duì)裝、制作縱縫焊接等因素，安裝環(huán)縫時(shí)不可能完全保證根部的間隙，容易產(chǎn)生未焊透。

1.3不及逸出而形成的；夾渣是焊接時(shí)由于熔池的結(jié)晶速度較快，一些脫氧

脫硫產(chǎn)物來(lái)不及逸出就殘存在焊縫中而形成的，它們都是在熔池金屬結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的，它們的存在不僅削弱焊縫的有效截面，而且也帶來(lái)應(yīng)力集中，顯著降低焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性，還會(huì)引起裂紋。

1.4焊接變形

這個(gè)問(wèn)題主要產(chǎn)生在制作鋼管時(shí)，由于鋼管直徑較大，我們采用的是3張瓦片拼裝成單節(jié)鋼管，但是個(gè)別瓦片由于卷制弧度過(guò)大或過(guò)小，就會(huì)使對(duì)裝縱縫產(chǎn)生外凸或內(nèi)凹的現(xiàn)象，如果焊接時(shí)控制不好焊接變形，就將無(wú)法保證鋼管的圓度，那么在安裝環(huán)縫時(shí)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的錯(cuò)邊現(xiàn)象。

2 焊接工藝制定

針對(duì)以上問(wèn)題，我們制定了焊接工藝措施。

（1）除加勁環(huán)焊縫采用CO2焊接，其余制作與安裝焊縫都采用手工電弧焊。

（2）根據(jù)母材材質(zhì)，焊條選用E7018，焊絲選用ER70S-6。

（3）坡口形式：制作縱縫采用X形坡口，安裝環(huán)縫采用帶墊板的V型坡口。

（4）采用多層多道焊。

（5）具體工藝參數(shù)見表1。

3 具體實(shí)施焊接

（1）焊前準(zhǔn)備。

①焊條在使用前必須烘干，烘干溫度為350℃～400℃，烘干1h，然后放入恒溫箱里保溫。用時(shí)再領(lǐng)出放入保溫桶里，隨用隨取。保溫桶必須插好電源。

②焊前仔細(xì)清除焊縫坡口內(nèi)，及坡口兩邊20mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污、水分等雜質(zhì)。

③焊接環(huán)縫時(shí)采用3.2mm的焊條打底，在焊接前，必須保證根部最小間隙在3.2mm以上，如果小于3.2mm的位置，要用碳弧氣刨槍擴(kuò)寬，然后用磨光機(jī)打磨光滑，才能保證打底焊透。

④工藝規(guī)范要求超過(guò)32mm板厚，焊前應(yīng)按照工藝指導(dǎo)書要求進(jìn)行預(yù)熱，溫度范圍為90℃～100℃。

（2）焊接順序。

①制作焊接縱縫焊接順序：每節(jié)管節(jié)縱縫由3人或者6人同時(shí)施焊，總體焊接方向向上，采用分段退步焊來(lái)控制焊接變形，如圖1所示。另外在對(duì)裝時(shí)我們要求鉚工預(yù)留反變形，施焊時(shí)通常先在大坡口側(cè)施焊，但焊工施焊前應(yīng)根據(jù)實(shí)際對(duì)裝情況確定從哪一側(cè)開始。焊接過(guò)程中要同時(shí)監(jiān)控管節(jié)弧度變形情況，變形過(guò)大時(shí)轉(zhuǎn)到另一側(cè)施焊。如果施焊時(shí)偏差過(guò)大，增加換側(cè)頻率來(lái)進(jìn)行施焊，以控制變形。另外單節(jié)鋼管高度為3m，在縱縫焊接時(shí)必須采用分段倒退法焊接，這樣就保證了焊縫整體收縮量比較均勻，焊接后不會(huì)產(chǎn)生較大的變形。

②加勁環(huán)CO2焊接工藝順序及具體熔敷順序要求焊工在焊接前先進(jìn)行焊縫仰焊加固焊接，然后焊接加勁環(huán)對(duì)接焊縫，再進(jìn)行平角焊接熔敷，以控制加勁環(huán)的變形。要求每一道焊縫由偶數(shù)焊工以管節(jié)軸線為對(duì)稱中心進(jìn)行同方向退步焊接。

CO2焊接過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

①盡量使焊槍電纜保持順直狀態(tài)下使用。焊槍電纜彎曲嚴(yán)重時(shí)，焊絲的供給性變差，電弧不穩(wěn)定。

②焊接過(guò)程中，嚴(yán)禁用敲打焊槍的方式去清除附著在噴嘴內(nèi)的飛濺物，噴嘴變形或受傷，氣體保護(hù)效果惡化，施工中盡量使用防濺液或者防濺膏。

③嚴(yán)禁牽拉焊槍電纜移動(dòng)送絲機(jī)，這樣容易導(dǎo)致焊槍電纜的斷線及機(jī)器故障。

④在風(fēng)大的時(shí)候用屏風(fēng)遮擋，這樣焊接氣體保護(hù)效果會(huì)好一點(diǎn)，防止出現(xiàn)氣泡。

⑤若在封閉或者狹窄的作業(yè)場(chǎng)所要及時(shí)換氣，避免引起一氧化碳中毒或者缺氧。

⑥焊接過(guò)程中注意CO2氣體調(diào)節(jié)器和氣管的連接不牢時(shí)，氣體泄漏，噴嘴前端的氣體流量減少，氣體保護(hù)效果惡化，焊縫容易出現(xiàn)氣孔。可以用肥皂水溶液等進(jìn)行檢查氣體是否泄漏。

⑦注意保管焊絲不生銹，不附著污物，尤其在使用過(guò)程中要注意加防護(hù)焊絲措施，避免大量銹蝕污物造成焊接缺陷。

（3）環(huán)縫焊接順序。

采用偶數(shù)焊工以管節(jié)上下中心線為對(duì)稱中心，進(jìn)行向上分段倒退焊接圖2所示，盡量用相同的焊接規(guī)范參數(shù)，相同焊接層數(shù)進(jìn)行焊接。

（3）焊接注意事項(xiàng)。

①選擇合理的焊接參數(shù)并充分利用多層多道焊，這樣使得后層焊道對(duì)前層起到了消氫和改善熱影響區(qū)組織的作用，同時(shí)前層焊道的余熱又相當(dāng)于對(duì)后層焊道進(jìn)行了預(yù)熱。另外就是要有正確熟練的操作技能，防止發(fā)生氣孔、夾渣、未焊透、咬邊等易產(chǎn)生應(yīng)力集中的缺陷。

②坡口焊縫打底焊道允許最大厚度為6mm，后繼各層焊道允許最大厚度為：平焊3mm，立、橫、仰焊4mm。

③多層焊時(shí)，每焊一道后應(yīng)仔細(xì)清理焊縫表面，清除焊接缺陷，每層焊道接頭應(yīng)錯(cuò)開30mm以上，焊接接頭應(yīng)平緩過(guò)渡。

④焊接中如發(fā)現(xiàn)缺陷（如氣孔、裂紋等）應(yīng)停止焊接，在缺陷清除后，方可繼續(xù)施焊。

⑤每條焊縫應(yīng)連續(xù)完成焊接。

⑥焊接時(shí)必須短弧操作，弧長(zhǎng)一般控制在焊條直徑的0.5～0.8倍之間。運(yùn)條角度應(yīng)垂直坡口平面，加大坡口兩側(cè)停留時(shí)間，以保證良好熔合。

⑦引弧時(shí)，不得拉長(zhǎng)電弧，熄弧時(shí)應(yīng)填滿弧坑，防止弧坑裂縫。

⑧焊條在焊接方向上與鋼板夾角應(yīng)在60°～80°之間，焊接過(guò)程不得隨意跳弧。運(yùn)條時(shí)焊條只允許少許擺動(dòng)，幅度不超過(guò)焊條直徑的2.5倍，另外擺動(dòng)要適當(dāng)，以利氣體逸出和熔渣與夾雜物上浮。

（4）焊后清理和探傷。

焊接結(jié)束后，焊工必須將藥皮和焊縫上和焊縫兩邊的飛濺清除干凈。焊縫內(nèi)部缺陷探傷采用射線探傷和超聲波探傷。表面裂紋檢查可選用滲透或磁粉探傷。（如表2）

4 結(jié)語(yǔ)

巴貢壓力鋼管從2005年11月開始制作，到2008年11月主體安裝結(jié)束，我們的焊縫質(zhì)量一次驗(yàn)收合格率達(dá)到97%以上；焊縫合格率100%；焊縫優(yōu)良率95%以上，獲得了MCH和業(yè)主工程師的認(rèn)可和肯定。經(jīng)過(guò)巴貢水電站近12000T壓力鋼管制作與安裝的焊接，實(shí)踐證明采用此合理的焊接工藝規(guī)范，再加上嚴(yán)格的焊接過(guò)程控制，就能達(dá)到規(guī)程規(guī)范的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，提高和保證了壓力鋼管的焊接質(zhì)量。