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重要金結工程。焊接是壓力鋼管制作和安裝的一道重要的工序，從某種意義上來講，壓力鋼管的質量其實就是焊接質量。本文主要以作者親身經歷的馬來西亞巴貢水電站壓力鋼管制作和安裝的焊接為例，來分析一下壓力鋼管在焊接中容易出現的問題，以及怎樣采用合理的工藝來保證焊接質量。

關鍵詞：壓力鋼管 制作與安裝 焊接 工藝

中圖分類號：TU27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0057-02

巴貢水電站坐落在馬來西亞沙撈越州的拉讓江畔，是目前國外在建的最高混凝土面板堆石壩電站，號稱馬來西亞的“三峽工程”，同時也是中國水電建設集團總公司在建的國際工程的一號標志性工程。巴貢水電站引水隧道共8條，采用單管單機布置方式，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，總長度為1966.887m。壓力鋼管為地下埋管。鋼板材質為16MnR。

1 根據以往常規(guī)的焊接方法焊接壓力鋼管容易出現的主要問題

1.1焊接裂紋

16MnR鋼是用于生產鍋爐壓力容器的一種常用鋼材，屬低合金鋼，具有良好的力學性能和焊接性，焊接時熱裂紋傾向不明顯，但具有一定的淬硬傾向，焊接時應主要防止冷裂紋。16MnR鋼由于含有使鋼材強化的C、Mn、V、Nb等元素，在焊接時易淬硬，這些硬化組織很敏感，因此，在剛性較大或拘束應力高的情況下，若焊接工藝不當，很容易產生冷裂紋。另外，焊接接頭的應力狀態(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。預防產生冷裂紋首先要嚴格控制焊接線能量，線能量過大會使焊縫熱影響區(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、對裝、制作縱縫焊接等因素，安裝環(huán)縫時不可能完全保證根部的間隙，容易產生未焊透。

1.3不及逸出而形成的；夾渣是焊接時由于熔池的結晶速度較快，一些脫氧

脫硫產物來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晶過程中產生的，它們的存在不僅削弱焊縫的有效截面，而且也帶來應力集中，顯著降低焊縫金屬的強度和韌性，還會引起裂紋。

1.4焊接變形

這個問題主要產生在制作鋼管時，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，但是個別瓦片由于卷制弧度過大或過小，就會使對裝縱縫產生外凸或內凹的現象，如果焊接時控制不好焊接變形，就將無法保證鋼管的圓度，那么在安裝環(huán)縫時時，就會產生嚴重的錯邊現象。

2 焊接工藝制定

針對以上問題，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）根據母材材質，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）具體工藝參數見表1。

3 具體實施焊接

（1）焊前準備。

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。用時再領出放入保溫桶里，隨用隨取。保溫桶必須插好電源。

②焊前仔細清除焊縫坡口內，及坡口兩邊20mm范圍內的鐵銹、油污、水分等雜質。

③焊接環(huán)縫時采用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，要用碳弧氣刨槍擴寬，然后用磨光機打磨光滑，才能保證打底焊透。

④工藝規(guī)范要求超過32mm板厚，焊前應按照工藝指導書要求進行預熱，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人同時施焊，總體焊接方向向上，采用分段退步焊來控制焊接變形，如圖1所示。另外在對裝時我們要求鉚工預留反變形，施焊時通常先在大坡口側施焊，但焊工施焊前應根據實際對裝情況確定從哪一側開始。焊接過程中要同時監(jiān)控管節(jié)弧度變形情況，變形過大時轉到另一側施焊。如果施焊時偏差過大，增加換側頻率來進行施焊，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，焊接后不會產生較大的變形。

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行焊縫仰焊加固焊接，然后焊接加勁環(huán)對接焊縫，再進行平角焊接熔敷，以控制加勁環(huán)的變形。要求每一道焊縫由偶數焊工以管節(jié)軸線為對稱中心進行同方向退步焊接。

CO2焊接過程中的注意事項。

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

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

③嚴禁牽拉焊槍電纜移動送絲機，這樣容易導致焊槍電纜的斷線及機器故障。

④在風大的時候用屏風遮擋，這樣焊接氣體保護效果會好一點，防止出現氣泡。

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

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

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

（3）環(huán)縫焊接順序。

采用偶數焊工以管節(jié)上下中心線為對稱中心，進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，相同焊接層數進行焊接。

（3）焊接注意事項。

①選擇合理的焊接參數并充分利用多層多道焊，這樣使得后層焊道對前層起到了消氫和改善熱影響區(qū)組織的作用，同時前層焊道的余熱又相當于對后層焊道進行了預熱。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、咬邊等易產生應力集中的缺陷。

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，每焊一道后應仔細清理焊縫表面，清除焊接缺陷，每層焊道接頭應錯開30mm以上，焊接接頭應平緩過渡。

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

⑤每條焊縫應連續(xù)完成焊接。

⑥焊接時必須短弧操作，弧長一般控制在焊條直徑的0.5～0.8倍之間。運條角度應垂直坡口平面，加大坡口兩側停留時間，以保證良好熔合。

⑦引弧時，不得拉長電弧，熄弧時應填滿弧坑，防止弧坑裂縫。

⑧焊條在焊接方向上與鋼板夾角應在60°～80°之間，焊接過程不得隨意跳弧。運條時焊條只允許少許擺動，幅度不超過焊條直徑的2.5倍，另外擺動要適當，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 結語

巴貢壓力鋼管從2005年11月開始制作，到2008年11月主體安裝結束，我們的焊縫質量一次驗收合格率達到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)主工程師的認可和肯定。經過巴貢水電站近12000T壓力鋼管制作與安裝的焊接，實踐證明采用此合理的焊接工藝規(guī)范，再加上嚴格的焊接過程控制，就能達到規(guī)程規(guī)范的質量標準，提高和保證了壓力鋼管的焊接質量。