皖電東送工程鋼管塔焊接生產管理淺談

戴剛平 王淑紅 舒方

一、工程概述

1.項目概況

皖電東送工程是我國首條同塔雙回路特高壓交流輸電工程，建成后每年將輸送超過500億度電，相當于為上海新建了6座百萬千瓦級的火電站。在該工程中，我公司成功中標第28包、第29包、第30包，5個塔型，共計201基鋼管塔，總重量約3.5萬t。

2.工程焊接特點

皖電東送工程鋼管塔焊接結構主要有鋼管與帶頸鍛造法蘭對接一級焊縫、連接板焊縫、C（U）形插板焊縫、十字插板焊縫、掛線板焊縫及加勁板焊縫等形式。工程總焊縫長度達到11.6萬m，其中一級焊縫總長度達到4.4萬m。呈現出焊接工作量大、結構形式多、焊接難度大等特點。

3.工程難點

在本工程鋼管塔設計中，首次大規模批量采用了帶頸鍛造法蘭與直縫鋼管對接焊的連接形式（見圖1）。由于其焊縫質量等級為一級焊縫，因此對裝配質量要求、焊接技術要求都較高。同時對鋼管外形尺寸偏差（直線度、斷面垂直度、橢圓度）等關鍵技術要求也大幅提高。但這種新型連接形式的優點是可以將構件的拼裝和焊接工序實現流水線及自動化作業，較傳統的平面法蘭連接形式的鋼管塔加工生產效率總體可以提高近一倍。

U形插板連接形式（見圖2）也是本工程鋼管塔使用到的一種較新型連接方式。其具有連接可靠、安裝方便等優點。而U形插板的加工一直以來都是鋼管塔行業的一個難點，其加工步驟繁瑣，加工質量穩定性差。

二、關鍵焊接技術應用

由于本工程焊接工作量大且焊接質量要求高，我公司針對以往焊接生產過程中的技術瓶頸以及影響焊縫質量的關鍵工序進行了技術攻關，成功研發出一些新技術，實現了各道生產工序的順暢銜接，并取得較大的生產效益。

（1）埋弧焊無坡口無間隙不清根雙面熔透環向焊接新技術應用 本工程鋼管與法蘭的對接數量龐大，且焊縫質量要求高。鑒于埋弧焊本身生產效率高、焊縫質量穩定的優越性，我們通過大量焊接試驗采集工藝數據，以及對焊縫的無損檢測結果和力學性能試驗的分析，最終形成了一套新的中厚板對接環向焊接新技術，即埋弧焊無坡口無間隙不清根雙面熔透焊接工藝。該新工藝顯著提高了焊接生產效率，焊縫成形美觀、同時保證了環向對接焊縫質量的穩定性。焊縫的一次合格率為98%以上。

圖1 帶頸鍛造法蘭與直縫鋼管對接形式

圖2 U形插板連接形式

（2）全自動搖擺氣體保護焊接技術 以往8mm以下的薄壁鋼管與法蘭連接焊縫的焊接工藝均為手工氣體保護焊單面焊雙面成形工藝。但由于焊縫質量等級高，即對焊工技能要求較高，且焊縫內部質量的穩定性較差，一次合格率往往較低，所以為了提高生產效率實現焊接自動化，提高焊縫質量穩定性，我們引進了全自動搖擺氣體保護焊接工藝。該工藝采用先內焊后清根再外焊的焊接程序，并通過機械焊接成功解決了小徑管內焊接操作難、成形差等問題。

（3）富氬混合氣體集中供氣應用 焊接用保護氣體采用了富氬混合氣體（85%Ar+15%CO2）。該混合比例可以使焊縫更加美觀，焊接飛濺量減少。同時我公司決定采用集中供氣的方式，其主要優勢有：氣體比例恒定且氣體流量穩定；氣體的水分含量得到了有效控制；減少了換瓶時間，提高工作效率；氣體成本節約了約30%。

三、焊接人員培訓及焊接裝備應用

（1）焊接人員培訓 在工程開展前期，公司在國家電網鎮江焊接培訓中心的指導下培訓了4名焊接技術管理員、6名焊接過程檢驗員、6名無損檢測員以及持證焊工101人。

為保證工程焊接質量，提高焊工整體技能水平，公司還聘請高級技師對焊工進行一對一技能指導，并對持證焊工逐一進行了技能水平考核，考核合格方可進行本工程焊接施工。工程制作間歇，公司還針對薄壁管環向對接焊項目進行了焊工技能比武，增強了焊工的質量意識。

（2）焊接設備投入情況 在本工程開展期間投入的焊接設備和工裝有：全自動火焰切割機5臺、鋼管定長等離子切割機2臺、機械坡口切割機2臺、構件組對工裝模具22臺、等離子管端開槽機2臺、半自動CO2氣體保護焊機50臺、全自動搖擺CO2氣體保護焊機3臺、埋弧焊環焊專機3臺、鋼管塔加工一體機2臺等。

（3）焊接新設備應用 由于在本工程生產各關鍵工序都采用了新工藝，或在原有工藝基礎上進行了較大的工藝調整。因此，必須有相應的配套設備，而某些設備在目前國內市場還無法購買到成品。為此公司成立新設備研發小組，積極吸收并消化國內外各行業相關設備的結構優勢，自行研發了多套效率高、操作簡單，適合鋼管塔批量加工的新設備。

內外埋弧焊環焊專機：針對埋弧焊無坡口無間隙不清根雙面熔透環向焊接新技術的特點，以及公司鋼管塔構件的特有生產模式，我們自行研制出了實用性較強、操作簡單的內外埋弧焊環焊專機（見圖3）。

鋼管塔加工一體機：我公司自行研制的鋼管塔加工一體機（見圖4）把帶頸法蘭與鋼管的組對、焊接、附件裝配等各道工序有機的結合起來，實現流水化生產，節約了場地占用面積，大幅度提高了生產效率。

鋼管定長等離子切割機：公司自行研制的鋼管定長等離子切割機（見圖5），采用機械自動旋轉、等離子切割技術以及定長刻度尺的有機結合，使切割效率和鋼管長度誤差控制的精確度都得到了很大的提升。

圖3 內外埋弧焊環焊專機

數控等離子鋼管開槽機：由于本工程鋼管塔插板結構鋼管構件眾多，管端開槽工作量大，公司聯合專業廠家研制兩臺數控鋼管等離子開槽機（見圖6），該設備能一次切割三個槽且能切割各種不同形狀圖形。生產過程均實現自動化，定位準確、精度高，可大幅提高鋼管開槽生產效率以及加工質量。

（4）焊接材料管理 依據公司焊接材料管理制度，針對本工程制定了嚴格的焊材進貨驗證、儲存、烘干、發放、領用、回收管理制度。

第一，焊材的儲存嚴格執行本公司《物資管理實施細則》。各生產車間從公司一級庫領用的焊材進入焊材二級庫，二級庫由各生產車間自行負責建立和管理。

第二，焊材按種類、牌號、規格、入庫時間分類堆放并進行了明確標記，并做到先入庫者先發放。

第三，規范執行焊條、焊劑的烘干過程，保證烘干溫度和保溫時間，嚴格執行相關標準和生產廠推薦的要求。

第四，焊工領用焊材前填寫焊接材料領用單，由班長或焊接技術員簽字。焊材庫管理人員按領用單發放焊材，并填好焊接材料發放單。

第五，焊材庫管理人員及時統計分項工程焊材的消耗量，掌握焊材消耗情況及庫存數量。

四、焊接質量管理

（1）焊接質量控制文件編制 為確保焊接質量的穩定性，公司組織編寫了《“皖電東送”工程質量計劃》和《“皖電東送”工程檢驗計劃》，明確提出了質量管理體系要求和資源配置要求。同時編制了《焊接質量保證措施》、《不合格品控制措施》等控制文件。

（2）焊接質量過程管理 ①加強對焊接前的質量控制，嚴格控制零部件尺寸精度、坡口質量、裝配質量等關鍵點。②在每個生產車間都配置了數名焊接檢驗員，主要負責焊接過程質量檢驗以及焊縫外觀檢驗等工作。同時，定期進行車間焊接工藝巡檢，確保生產一線能嚴格執行既定焊接工藝。③對一級焊縫采用UT探傷進行100%檢測，當UT探傷判斷出現異議時，公司采用RT探傷作為重要的補充檢測手段。④建立一級焊縫可追溯性管理制度。

圖4 鋼管塔加工一體機

圖5 鋼管定長等離子切割機

圖6 數控等離子鋼管開槽機

（3）其他質量控制措施 ①開展焊接現場質量管理活動。我公司動員和引導組建有關提高質量、降低消耗、提高效率各類創新型QC小組，開展相關活動。②焊接質量管理及考核。為提高焊口一次合格率，調動職工的工作積極性，公司制定了《焊接質量獎懲辦法》，根據焊工的考核評比結果進行相應的獎懲。

五、結語

通過以上各個環節的控制，實現了焊接工程各項目標，焊接工程質量事故為零。鋼管與法蘭對接環焊縫一次UT檢驗合格率＞98%。本工程鋼管塔交貨進度我公司為所有參建單位第一名。通過本工程近一年來的順利開展，公司參與人員得到了較為系統的鍛煉。同時公司自行研發的新工藝、新設備在本工程生產中發揮了巨大作用，并得到了進一步完善。這些新工藝、新設備的成功應用，使得鋼管塔的產品品質上了一個新的臺階。因此，這些新工藝、新設備在國內鋼管塔制造行業內也具有極高的推廣價值。