CCS水電站壓力鋼管環(huán)型焊縫全位置焊接技術(shù)介紹

張興元，賈棟林

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

CCS水電站壓力鋼管環(huán)型焊縫全位置焊接技術(shù)介紹

張興元，賈棟林

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

厄瓜多爾科卡科多辛克雷水電站（簡稱CCS電站）是中國公司在國際項目實施規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的EPC水電站工程。該電站引水壓力鋼管主管內(nèi)徑5.2 m，支管內(nèi)徑2.6 m；鋼管最大靜水壓力6.18 MPa，設計內(nèi)水壓力（含水錘壓力）6.83 MPa，HD值為3 551 m2。本文對引水壓力鋼管運用的環(huán)型焊縫現(xiàn)場全位置焊接技術(shù)進行總結(jié)介紹，為同類工程提供了良好的參考借鑒作用。

水電站壓力鋼管；環(huán)型焊縫全位置焊接技術(shù)

1 前言

CCS電站共布置有8臺187.5 MW發(fā)電機組，引水發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)以一管四機形式布置兩條引水壓力管道。壓力鋼管全程為地下埋管，外包混凝土襯圈及圍巖。鋼管采用獨立受力的方式進行設計，壓力鋼管主管內(nèi)徑5.2 m，支管內(nèi)徑2.6 m，主支管通過三級岔管進行連接。鋼管最大靜水壓力6.18 MPa，設計內(nèi)水壓力（含水錘壓力）6.83 MPa，HD值為3 551m2。

壓力鋼管全部采用60 kg/mm2的SUMITEN610F高強度鋼板制造。其中主管總長約785 m，鋼板厚度均為72 mm，安裝焊縫長度合計2 244 m；支管總長約320 m，內(nèi)徑2.60 m，鋼板厚度有38 mm和48 mm兩種規(guī)格，安裝焊縫長度合計758 m；岔管部分鋼板厚度從38 mm至88 mm一共8種規(guī)格，安裝焊縫長度合計508 m。

由于壓力鋼管安裝工作處于整個項目進度計劃的直線工期上，鋼管安裝工作必須如期完成，施工進度可控是整個工程按期完成的關(guān)鍵；加之，大厚度高強度鋼焊接工藝復雜，焊接過程中極易產(chǎn)生焊接缺陷，超出標準要求的焊接缺陷必須進行焊縫修復返工，從而增加額外的工作量與施工時間。如何解決焊縫返工對施工進度的影響，唯一的辦法就是保證優(yōu)良的焊接質(zhì)量，提高焊縫的一次檢測合格率，以降低焊縫返工修復率。

中國水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部在CCS水電站引水壓力鋼管安裝中開展科技創(chuàng)新，通過技術(shù)工藝優(yōu)化，結(jié)合現(xiàn)場焊接的實際，從焊接工藝設計及人員焊接操作方便兩方面出發(fā)，采取工藝措施，在安裝焊縫焊接中取得了較高的一次焊接合格率，最大程度的降低了因超標焊接缺陷而導致的缺陷修復返工，為施工工期進度可控提供了可靠的技術(shù)保障。同時，在施工過程中為焊接人員最大可能的改善了焊接條件。

2 施工工藝流程（見圖1）

圖1 施工工藝流程

3 施工工藝及技術(shù)要點

3.1 鋼板數(shù)控下料

鋼管采用數(shù)控切割機進行下料，按鋼管排版圖使用CAD繪制出展開圖，然后將CAD展開圖轉(zhuǎn)化成數(shù)控切割機的下料程序語言進行鋼管瓦塊垂直斷面的切割工作。

技術(shù)要點：1）確保CAD繪制的展開圖尺寸準確；2）切割中針對鋼板厚度大的情況，選用對應大型號的割嘴及相應氧氣、乙炔氣體壓力。避免出現(xiàn)大于0.5 mm的割痕甚至切割凹槽；3）對切割產(chǎn)生的氧化渣清除后，進行切割尺寸檢查。

3.2 畫線、標識

在切割直邊后的瓦塊上畫出鋼管X、Y軸線及坡口切割線；畫線后用鋼印和油漆標識出瓦塊編號、水流方向、±X和±Y軸線、坡口角度縱縫對接號等標識。

技術(shù)要點：1）確保畫線的準確性與偏差，畫線后對照排版圖檢查畫線準確性與偏差，偏差滿足規(guī)范要求，不大于0.5 mm；2）標識按排版圖要求標記在指定位置，要求做到清晰可見；3）以環(huán)型焊縫水平X軸線為界，將X軸線上下兩部份的焊接坡口設計成對稱形式。其中，X軸線以下部份正面焊縫坡口開設在鋼管內(nèi)側(cè)，背面焊縫坡口開設在鋼管外側(cè)；X軸線以上部份則相反，正面焊縫坡口開設在鋼管外側(cè)，背面焊縫坡口開設在鋼管內(nèi)側(cè)；4）坡口角度采用規(guī)范推薦的60°；正面焊縫坡口深度為鋼板厚度數(shù)值的3/5；背面焊縫坡口深度為鋼板厚度數(shù)值的2/5。

3.3 坡口切割

采用氧乙炔半自動切割機進行坡口切割。

技術(shù)要點：1）切割前對照排版圖檢查瓦塊編號、水流方向及坡口形狀、切割尺寸；2）選用對應大型號的割嘴及相應氧氣、乙炔氣體壓力。避免出現(xiàn)大于0.5 mm的割痕甚至切割凹槽；3）注意X軸線處坡口翻轉(zhuǎn)位置（X軸線兩側(cè)各100 mm區(qū)域）過渡的處理；4）采用反切割的方式（按圖2所示1、2的順序進行，先切下部坡口面）進行切割，以消除割渣對切割過程的不利影響；5）對切割過程中的凹槽嚴格按焊接工藝要求進行補焊打磨處理；6）對切割后的坡口面進行打磨處理，消除因火焰切割產(chǎn)生的碳化淬硬層。

圖2 焊縫坡口切割順序示意圖

3.4 鋼管卷板、組圓、焊接

采用W150 mm×3 200 mm卷板機進行瓦塊卷制后，在預設的拼裝平臺上進行鋼管組圓，各組圓指標檢查合格后進行鋼管縱縫埋弧自動焊工序。

技術(shù)要點：1）卷板采取少量進輥的方式，避免出現(xiàn)過卷與欠卷情況出現(xiàn)；2）鋼管組圓所用的平臺需做調(diào)平加固處理，保證平臺與鋼管接觸部位在使用過程中的平整度在2 mm范圍內(nèi)，且不產(chǎn)生變形；3）組圓過程中要認真核對相應的管節(jié)編號與水流方向，避免出現(xiàn)組裝錯誤；4）組圓過程中的定位焊及焊接過程嚴格按焊接工藝規(guī)程執(zhí)行；5）縱縫焊接清根過程中需使用碳弧氣刨將定位焊縫清除干凈，并作打磨處理。

3.5 大段鋼管組裝、焊接

縱縫焊接完成的單節(jié)管在80 t滾輪架上進行大段組對后，進行制造環(huán)縫的焊接工作。

技術(shù)要點：1）大段組裝過程中要認真核對相應的管節(jié)編號與水流方向，保證管節(jié)編號及水流方向正確；2）大段組對過程中以任一X、Y軸線標識為對齊基準，標識對齊偏差不得大于5 mm;3）組裝過程中的定位焊及焊接過程嚴格按焊接工藝規(guī)程執(zhí)行；4）環(huán)縫焊接清根過程中需使用碳弧氣刨將定位焊縫清除干凈，并作打磨處理。

3.6 鋼管運輸、安裝組對

根據(jù)安裝工作進度，采用75 t拖板車將對應的大段鋼管運輸至洞內(nèi)預定卸車位置，卸車拖運至安裝位置進行安裝組對。

技術(shù)要點：1）裝車前須按－X軸線在底部，水流方向朝車頭，管段編號準確的原則進行裝車運輸；2）安裝組對過程中以任一X軸線標識為對齊基準，標識對齊偏差不得大于5 mm;3）安裝組對過程中在保證鋼管管口中心坐標符合要求的前提下，控制坡口間隙在技術(shù)要求范圍內(nèi)，局部間隙最大不應超過10 mm；4）安裝組對過程中的定位焊及焊接過程嚴格按焊接工藝規(guī)程執(zhí)行；5）定位焊縫要求 焊接在背面坡口內(nèi)；6）安裝環(huán)縫焊接清根過程中需使用碳弧氣刨將定位焊縫清除干凈，并作打磨處理。

3.7 鋼管安裝環(huán)縫正面焊縫焊接

根據(jù)工藝要求采用6名焊工采用均勻?qū)ΨQ的方式進行手工電弧焊接接（具體如圖3所示）。

圖3 鋼管焊接示意圖

技術(shù)要點：1）焊接前做好洞內(nèi)巖層的滴滲水處理工作；2）焊接過程嚴格按焊接工藝規(guī)程執(zhí)行；3）合理排班，保證焊工有充足的體力與精力投入焊接工作，避免因人員技能原因出現(xiàn)焊接缺陷。

3.8 清根

正面焊縫焊接完成后，采用碳弧氣刨對背面焊縫坡口根部進行清根工作。

技術(shù)要點：1）選用尺寸合適的碳棒尺寸，在兼顧效率的同時避免出現(xiàn)因碳棒尺寸過大出現(xiàn)過度清理情況；2）坡口內(nèi)定位焊縫需清除干凈；3）碳弧氣刨清根后，需使用角磨機對坡口內(nèi)與兩側(cè)的碳化物進行清理，并對坡口進行修理打磨，直至坡口面呈現(xiàn)金屬光澤。

3.9 鋼管安裝環(huán)縫背面焊縫焊接

根據(jù)工藝要求采用6名焊工采用均勻?qū)ΨQ的方式進行手工電弧焊焊接。

技術(shù)要點：1）焊接前做好洞內(nèi)巖層的滴滲水處理工作；2）焊接過程嚴格按焊接工藝規(guī)程執(zhí)行；3）合理排班，保證焊工有充足的體力與精力投入焊接工作，避免因人員技能原因出現(xiàn)焊接缺陷；4）注意結(jié)合焊接記錄對焊縫檢測結(jié)果進行統(tǒng)計分析工作，及時調(diào)整仰焊位置焊接合格率低的焊接人員。

3.10鋼管安裝環(huán)縫無損檢測、返修

安裝焊縫焊接完成對焊縫表面及兩側(cè)的凹坑補焊，藥皮、飛濺進行清理，外觀檢查合格后，在規(guī)定的時間進行焊縫內(nèi)部質(zhì)量的無損檢測，之后根據(jù)無損檢測結(jié)果對缺陷部位進行返修直至合格。

技術(shù)要點：1）在清理焊縫兩側(cè)飛濺等異物過程中，對無損檢測要求的寬度范圍區(qū)域進行表面修整，以滿足檢測要求；2）無損檢測前、后需對檢測儀器按規(guī)定進行校準；3）焊縫返修嚴格按返修工藝要求進行。

4 結(jié)論

通過環(huán)型焊縫現(xiàn)場全位置焊接技術(shù)，解決了背面清根困難及仰焊位置工作量大的不利情況，有效減少了焊接缺陷產(chǎn)生的客觀因素，為提供質(zhì)量優(yōu)良的焊接產(chǎn)品，保證工程施工進度提供可靠技術(shù)保障。本項目安裝焊縫一次焊接合格率最終總體達到98.2%的優(yōu)秀水平。

TV547.6

B

1672-5387（2017）10-0026-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.009

2017-07-21

張興元（1973-），男，工程師，從事水利水電工程施工及技術(shù)質(zhì)量管理工作。