淺談景洪水電站蝸殼安裝及質量控制

賀 彬

中國水利水電第八工程局有限公司

1 .概述

景洪水電站水輪機機組埋件蝸殼平面尺寸為27845mm×30160mm，蝸殼水平中心線安裝高程EL531.200m，蝸殼進口端直徑(內徑)11.2 m。

1.1 主要內容

蝸殼每臺重約367T，蝸殼單節最大尺寸φ11200mm×1850mm，單節最大重量為18.874T(不包括內支撐)；現場雙管節吊裝單元最大外形尺寸約為φ11200mm×4870mm，最大吊裝單元重為22.960T(不包括內支撐)。一臺蝸殼共有36節，全部在蝸殼埋件現場制造，包括蝸殼進口段6節，蝸殼本體段30節。蝸殼本體段包含2個湊合節，每個湊合節兩端留有50mm余量，進口與壓力鋼管相連接的進口第6節留250mm余量。蝸殼制造用鋼板采用WDB620的鋼板，板厚為20mm～36mm。蝸殼排水口處鋼板最大厚度為70mm，材質Q235。

2 .蝸殼安裝措施

2.1 蝸殼安裝

2.1.1 安裝準備，安裝中心測量架、座環上環施工平臺

利用原座環測量中心的支撐平臺和座環中心控制點，校核機組中心線及座環平面度，使設置的中心線處于基礎環最佳位置。在座環及混凝土上測放蝸殼定位節安裝控制點和位置線；測放每管節分縫在座環過渡板上的位置；在與每節蝸殼相連的過渡板固定掛裝擋板。根據蝸殼管節吊裝順序進行吊裝、支撐。

2.1.2 定位節安裝

1)定位節設置

機組設置的定位節為第Section29-30節、第Section16-18節、第Section1-2節。定位節的設置及掛裝順序見圖2-1。

2)定位節掛裝、支撐

依次將定位節吊裝到位后，用千斤頂，拉緊器來調整其位置，用經緯儀、水平儀，鋼卷尺，線錘來檢測管節位置。管節底部布置墊楔子板支撐，在管節外緣腰部用千斤頂支承，用拉緊器固定定位節，并按工藝要求將管節點焊。管節吊裝前，用磨光機清掃焊縫及兩側50mm，并用50m卷尺檢查管節進、出口的周長。

3)定位節尺寸控制標準

定位節中心至座環中心，定位節水平點至座環中心距離。最遠點到機組中心線距離偏差不超過±5mm，蝸殼中心高程偏差不超過±5mm，蝸殼上下最大尺寸偏差不超過±8mm，進口端面垂直度上下偏差不大于5mm。蝸殼與過渡板中心錯位不大于2mm，焊縫間隙為2～4mm，如達不到要求可長焊處理。調整定位節管口的傾斜值不大于5mm，定位節管口與基準線偏差不大于±5mm。最遠點半徑偏差不大于±0.004R(R為最遠點半徑值)。定位節大、小垂直度度偏差不大于3mm。定位節水平點允許向上偏5～10mm。定位節大口水平點允許向前偏5mm。定位節調整合格后，填寫驗收表格，通知監理和廠商進行測量檢查，合格后簽字驗收。

圖2 -1蝸殼定位節的設置及掛裝順序圖

2.1.3 其它管節的安裝

當一個定位節方向掛裝三節，焊縫調整驗收合格后，就可以開始焊接。采取邊掛裝、邊焊接的方式依次安裝其它管節。按定位節的安裝工藝，分別掛裝、支撐、調整其余管節。環縫壓縫前要復核相鄰兩節的周長，根據蝸殼斷面周長差，確定環縫對接的錯牙值。環縫壓縫要從腰部遠點開始，上、下兩過渡板結束，保證蝸殼中心線錯牙，壓縫時要盡量少焊“壓碼”。各節蝸殼掛裝、焊接時，原則上以定位節為基準沿兩邊對稱掛裝，控制湊合節兩相鄰管節在同一時段內完成掛裝，焊接。蝸殼進水口直管段的調整應根據引水鋼管偏差進行校正。

1)質量控制標準

各節間與、蝸殼與座環連接的對接焊縫一般2～4mm，過流面錯牙不超過板厚的10%，但縱縫錯牙控制在2mm，環縫錯牙不大于3 mm。

其它標準按下表要求執行。

序號 項目 允許偏差 說明1 直管段中心D蝸殼進口直徑。若鋼管已安裝好，則以鋼管管口為基準，中心偏差不應超過蝸殼板厚的15%。高程 ±5 2 最遠點高程 ±15 3 定位節管口傾斜值 5 4 定位節管口與基準線偏差 ±5 5 最遠點半徑 ±0.004R R最遠點半徑設計值6 管口節高 ±0.002H H管口節高到機組Y軸線的距離 0.003D

2.1.4 湊合節安裝

當湊合節兩邊的管節、掛裝、環縫焊接完成后，在蝸殼管節與座環過渡段焊接前，進行湊合節的安裝。湊合節采取在現場進行劃線配割的方法。

1)瓦塊吊裝前，測量所有瓦塊的幾何尺寸及湊合節安裝位置的尺寸。2)瓦塊安裝時，先從下向上進行安裝。3)根據所測量的尺寸將瓦塊調整到位，瓦塊盡量貼近蝸殼，從蝸殼內按實際位置劃切割線，采用磁力切割機切割，切割時，將瓦塊墊高，避免割傷蝸殼。切割完畢后，將瓦塊調整到位，按要求點焊瓦塊。

2.1.5 蝸殼進口湊合節安裝

當進口管節、掛裝、環縫焊接完成后，進行進口管節湊合節的安裝。為滿足蝸殼進口湊合節安裝要求，對機組進口第5節的安裝位置提出如下控制要求：

1)與上游鋼管出口相對位置偏差，管節周向均勻測量(至少8點)，要求各點的相對錯位≤5mm。2)蝸殼進口管節(進口第5節)垂直度控制在5mm之內。3)蝸殼進口管節湊合節安裝方法采取在現場進行劃線配割的方法，與其它湊合節類似。

2.2 蝸殼焊接

2.2.1 焊前準備

對所有參與蝸殼焊接相關工作的人員進行詳細的技術交底，熟悉焊接工藝、焊接參數，并要求在施工過程中嚴格按照焊接工藝執行。

對電焊機、焊條烘烤箱、保溫箱、加熱板、溫控箱、遠紅外線測溫儀、保溫筒等設備進行認真檢查，確保設備處于完好狀態。操作人員應熟悉設備的性能，使用及保養，設備接地應可靠，配備消防設施，保證施工過程中所有設備安全可靠。

2.2.2 焊接預熱

采用電加熱器進行預熱，在焊縫兩側各100mm處布置加熱片。預熱在坡口兩側均勻進行，防止局部過熱，預熱升溫不超過1.5～2℃/min；焊接完成，均勻自然冷卻。

預熱設備采用(5～10kw)履帶式加熱板，測溫設備采用紅外線測溫儀。預熱區的寬度為焊縫中心線兩側各3倍板厚，且不小于100mm。

預熱溫度統一為80℃。

層間溫度：最高層間溫度≤220℃。

2.2.3 焊接工藝規范

焊接材料：E9015-G(金橋607RH)焊接工藝規范見下表。

蝸殼焊縫主要焊接工藝參數

焊條規格 電壓（V）平、橫焊電流（A） 立焊（A） 仰焊（A） V（mm/min）Φ3.2mm 21～24 90～140 80～120 90～130 60～200 Φ4.0mm 22～25 140～200 120～170 130～185 60～200

2.2.4 焊接

施焊前焊工應對焊接工件的組裝質量進行檢查，如發現尺寸超差或坡口及其附近有缺陷，應及時提出，并進行修復。對于間隙偏大的焊縫，先進行鑲邊焊，當間隙和成型坡口滿足要求后再行施焊。

為減少焊接變形，所有焊縫均采取多層多道分段退步焊，并用φ3.2mm焊條打底和蓋面，其余各層用φ4.0焊條焊接，焊道寬度≤4倍焊條直徑。蝸殼調整合格后，在上、下過渡板、環縫背縫處進行定位焊，焊縫厚度以15 ～20mm左右為宜，每段長80～100 mm，間距500 mm左右。

1)焊接順序。焊接順序為：蝸殼管節環縫焊接→湊合節縱縫焊接→湊合節環縫焊接→蝸殼與座環上、下過渡板環縫焊接

2)環縫焊接。環縫采用多層多道、分段退步焊，層間接頭應錯開50mm以上。如下圖所示：

圖2 -2環縫焊接布置及焊接方向

3)湊合節焊接。焊接湊合節時，先焊完①，然后焊完②，最后焊接③。焊接方法與環縫焊接相同，應該注意在焊接①、②時，③不能定位焊，保持橫向自由狀態，如圖2-3。

圖2 -3湊合節焊接

過渡板與蝸殼焊接采用多層多道分段退步焊，每段長度200～400mm，上下過渡板同時對稱施焊。

2.2.5 焊接質量檢查

1.每道焊縫焊完后，焊工應打盡藥皮進行自檢，發現缺陷或焊縫尺寸不符合要求要及時進行處理，檢查合格后，要將自己的鋼印代號用金屬專用筆寫在適當位置，以便質檢人員進行檢查和探傷。焊縫檢查和探傷人員必須持證上崗，方可進行焊縫檢查和探傷工作。

2.蝸殼焊縫探傷

(1)打磨焊縫表面，所有焊縫應在焊接完成24小時后進行UT、PT探傷檢查，探傷標準按圖紙要求ASME第Ⅷ卷第一部分附錄UW-51，12和8執行。

(2)對探傷不合格部位，用碳弧氣刨清除缺陷，打磨并做PT探傷，確認無缺陷后再施焊，焊接工藝要求同蝸殼焊接工藝。

(3)座環與蝸殼相連接的上、下過渡段環縫，節與節間的所有臨時搭板割掉后磨平，局部凹陷需修補焊縫表面，均進行表面PT探傷檢查。

(4)焊縫檢驗詳細要求見下表。

蝸殼安裝焊縫檢測

無損檢測 目檢 尺寸檢查 PT UT探傷比例 100% 100% 100% 100%單面或雙面 雙面 雙面 雙面 單面

3.蝸殼焊后尺寸檢查

(1)蝸殼工地焊縫的對接錯口應不大于2㎜。(2)各節水平點至座環中心距離偏差為±0.4Re%。(3)進水口中心高程偏差為±5㎜。(4)進水口中心至＋Y軸的距離±0.3D%。(5)圖紙要求的其它檢查項目。

2.2.6 焊縫返修規定

1.經探傷評定不合格的焊縫，由探傷工程師將其焊縫位置、名稱、缺陷部位、性質、級別填寫在“焊縫返修卡”上交焊接檢查員和技術人員，同時將缺陷部位在焊縫上標出。2.焊接技術人員在弄清缺陷產生原因后，填寫返修卡，并附上缺陷處理工藝措施，然后交焊接工程師處理。3.焊縫修補、返修后，焊工及焊接檢查員要對其進行檢查，并填寫返修卡“處理情況”欄后，再按要求進行復探。4.焊縫返修要求一次返修成功，不允許達到或超過兩次。

2.2.7 返修措施

1.焊縫上發現有不允許缺陷，焊工不得自行修補，必須及時申報焊接技術負責人、監理及廠家代表。2.焊縫缺陷處理可用碳弧氣刨、風鏟、砂輪或其它機械方法清除，不允許用電弧或氣割火焰熔除。3.缺陷清除干凈后，必須將焊道內的鐵屑、熔渣及灰塵等雜質清除干凈后才能進行補焊。4.補焊焊接規范及工藝措施與原工藝相同。原工藝要求預熱的，返修時也必須按要求預熱。

2.2.8 焊接變形監視

在座環上、下環板面上、底部環板上取8點，沿周向均布，并打上相應標記，用水準儀監測兩面的平面度和半徑變化；固定導葉中心水平及高程。每完成下述工序時，都要對變形進行測量并做記錄。并根據測量結果，調整焊接順序以控制焊(變形在允許范圍內。

1)每節蝸殼組合完成開焊前、后；2)蝸殼湊合節組合完成開焊前、后；3)蝸殼進口湊合節組合完成開焊前、后。

三、結語

通過上述安裝工藝及焊接控制，大大提高了蝸殼安裝、焊接的質量水平，蝸殼安裝及焊接合格率數據優于國標要求及同類型蝸殼焊接合格率，最終得到業主、監理的一致好評并被評為樣板工程，值得在同行業內推廣。

[1]《水輪發電機組安裝技術規范》(GB/T8564)。

[2]《水輪發電機基本技術條件》(GB/T7894)。

[3]謝壽巍，淺談糯扎渡水電站4號機蝸殼掛裝、焊接質量控制，中國水力發電工程學會會刊：水電站機電技術，2012 vol.35：96～98。