縮短瓦村水電站蝸殼安裝工期淺析

梁 軍

（廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340）

0 引言

本文選用的工程項目實例為瓦村水電站機電安裝工程——瓦村水電站是一座以發電為主，以改善航運和水環境并兼顧灌溉、供水、防洪、養殖等綜合利用的水電站工程。電站設有3臺發電機組，布局如圖1所示，單機容量76.67 MW，總裝機230 MW。其中設計最大水頭為85.8 m，最小水頭為61.5 m，全年加權平均水頭81.27 m，豐水期加權平均水頭81.79 m，少水期加權平均水頭80.13 m，額定水頭76 m。瓦村水電站水庫具有優于季調節的不完全年調節能力，年平均發電量695.36 GW·h，年利用小時數3 023 h。

1 現象

本電站水輪機蝸殼采用335°包角的金屬蝸殼。蝸殼采用Q345R鋼板材料，數控下料、滾壓成型，總共分成22節，各節在工地掛裝后組焊成整體。原廠家設計方案蝸殼在現場是采用普通的電焊條焊接，存在施工步驟煩瑣，補焊溫度較高，容易造成焊接變形等缺點，且耗時較長，瓦村水電站首臺機組蝸殼安裝用了60天時間。

2 原因分析

瓦村水電站首臺機組蝸殼安裝用了60天時間，根據合同要求，必須縮短整個水電站所有機組的安裝時間，為趕上發電工期，項目部組織人員討論對策，除了提高機組各部件安裝速度外，蝸殼的安裝是最關鍵的一個直線工期，如果能縮短機組蝸殼的安裝工期，就縮短了機組的安裝工期，從而順利完成發電目標。

為此，對已完成的首臺機組蝸殼安裝過程進行了現場調查、分析，事后檢查總結，對影響機組蝸殼安裝的主要因素——蝸殼各節環縫焊接、蝸殼各節掛裝及拼裝、蝸殼整體調整、蝸殼焊縫檢驗、蝸殼附件安裝進行了統計，如表1所示。

從表1可以看出，蝸殼各節環縫焊接用了40天時間，占用安裝總時間的比例最大，因此“蝸殼各節環縫焊接”是本課題的主要癥結。

根據“蝸殼各節環縫焊接”此癥結具體分析影響施工時間的各項施工工藝因素，主要有施工前有無技術交底，焊接人員焊接技能、焊接設備、焊條是否合格，焊工位置分布，焊縫坡口間距，焊接方法，機坑內光線，機坑內部空間等。首先，經現場調查了解，蝸殼每條環縫坡口對接不平整，兩節之間坡口間隙多數超過4 mm，如圖2所示，焊接時造成多次填焊，影響了焊接速度；其次，經現場勘察分析，蝸殼焊接采用的是電弧焊，如圖3所示，該焊接方法焊接效率低，焊縫成型質量差，返工次數多（表2），延長了整個蝸殼的安裝工期，對蝸殼各節環縫焊接有直接影響。

經過分析，影響蝸殼各節環縫焊接時間的主要因素為焊縫坡口間距不符合設計要求、焊接方法效率低，而通過對比其他機型容量及蝸殼拼裝節數類似的水電站，計算首臺機組蝸殼安裝時間如下：蝸殼各節環縫焊接用了40天時間，共22條焊縫，每條焊縫耗時40÷22≈1.818天，如果將每條焊縫焊接速度提高一倍，則需要0.9天，0.9×22≈20天，60-20=40天。因此，筆者認為，將蝸殼安裝工期從60天縮短到40天是可行的。

3 采取的對策

3.1 針對焊縫坡口不平、間距不符合設計要求的對策

增加調整工具，按廠家說明書要求，兩節之間坡口對接平整，距離（4±0.5）mm，蝸殼各節調整時增加拉緊器拉平及拉近間距，利用千斤頂、楔形碼、斜字楔處理

坡口錯位不平整。

具體操作：利用廠房橋式起重機吊鉤作為垂直方向受力點，在機坑四面墻體上埋設吊環用于水平方向的受力，在需要對接焊的蝸殼節表面焊輔助吊鉤，利用手拉葫蘆從垂直和水平方向進行焊縫位置調整，使焊縫間距達到設計要求，如圖4所示。

對口時利用千斤頂和楔形碼、斜字楔持續調整坡口不平整度，達到焊接要求，如表3所示。

3.2 針對焊接方法效率低的對策

改變焊接方法，采用二氧化碳氣體保護焊，焊接效率高，焊縫成型質量好。

原廠家設計方案蝸殼在現場是采用普通的電焊條焊接，存在施工步驟較煩瑣，施工時間長，補焊溫度較高，容易造成焊接變形等缺點。通過施工現場專業人員及相關單位研究討論，采用二氧化碳氣體保護焊加焊絲焊接，有耗時少、速度快、焊縫成型好等優點。第二臺機組蝸殼項目部經與業主及設計、廠家商議，最終得到同意，第二臺機組蝸殼采用二氧化碳氣體保護焊加焊絲焊接，具體焊接工藝方案如下：

本項目所有板材均為Q345R，厚度在18～25 mm。現場組裝焊接，二氧化碳氣體保護焊焊絲材料選用ER50-6牌號，所有焊接材料均為符合相關規范標準的產品。

焊接工藝流程：預熱（現場環境溫度t?0 ℃，且蝸殼的板厚δ＜34 mm，無須預熱；但應加溫除濕）→管節縱縫里縫→管節縱縫外縫清根→管節縱縫外縫→管節環縫里縫→管節環縫外縫清根→管節環縫外縫→蝶形邊外縫→蝶形邊里縫清根→蝶形邊里縫→變形處理→其他附件的焊接。

由于蝸殼外形尺寸較大，為防止焊接變形引起組裝尺寸變化，宜將蝸殼分成多節在平地上先進行獨立組裝施焊，經處理加固后逐件吊裝施焊，湊合節除外。

二氧化碳氣體保護焊工藝要求如下：

（1）蝸殼各節環縫的一、二類焊縫焊接應在蝸殼各節對口并檢查坡口合格后方準施焊。

（2）施焊前檢查坡口表面處理質量，坡口兩側10～20 mm范圍內進行除銹、清渣，并除去油垢、水跡等。

（3）遭遇雨雪天氣、風速過大、氣溫低于-5 ℃、相對濕度在90%以上時，焊時應采取可靠的防風、防雨及防低溫措施，必要時停止施焊，保證焊接質量不受影響。

二氧化碳氣體保護焊工藝過程如下：

（1）定位焊：蝸殼定位焊應根據編制的焊接工藝規程及焊接方案進行，定位焊的長度不應小于100 mm，焊縫高度為正常焊縫高度的1/2。

（2）加溫去濕。

（3）焊接。

1）焊接電流、電壓的選取：

蝸殼焊接時應根據施焊母材和焊接材料調節焊接電流及電壓。在正式焊接蝸殼前焊接人員應先在焊接試板上測試焊接電流、電壓，電流不宜過小也不宜過大，且在焊接過程中還需根據板材的厚度及現場的電壓變化適時對電流進行調整。通過現場實際焊接測試，二氧化碳氣體保護焊的焊接電流、電壓等參數如表4所示。

2）焊接要求：

a）蝸殼縱、環縫均應采用多層多道焊，每層厚度一般不超過5 mm，焊道寬度應根據厚度為18～25 mm的Q345R板材及設備廠家的技術要求確定。

b）各種焊接材料經檢定合格，焊前烘焙。焊時保溫，確保焊條質量符合規定，防止潮濕，隨用隨取。

c）防止焊接變形。焊前確定定位焊焊點、焊接順序，先短焊縫后長焊縫，分段退焊，從構件受外力作用較大的部位開始焊接，向作用力較小的部位推進。

d）雙面焊接時，先焊蝸殼內壁并對焊縫進行清根且打磨合格，再焊蝸殼外面焊縫。

e）縱縫焊接設引弧和斷弧用的助焊板，嚴禁在母材上引弧和斷弧。定位焊的引弧和斷弧在坡口內進行。

f）每層焊道施焊前必須檢查上一層焊接情況，不得有氣孔、夾渣、未焊透，層間接頭應錯開30～50 mm。

g）焊接完畢，焊縫外觀檢查合格，并做好記錄。

3）焊接方式：

a）縱焊縫、環焊縫焊接：

里焊縫采用二氧化碳氣體保護焊，先打底焊再滿焊最后焊蓋面，焊蓋面前清根后用打磨機打磨成U字形。采用二氧化碳氣體保護焊接時，應選取有經驗的焊接工人。

環焊縫焊前應測量焊縫實際長度以確定所需焊接人數：焊工施焊長度不得大于3 m；從蝸殼中線兩側向座環方向對稱均勻地分段退焊、跳焊，環焊縫開口處宜先預留出300～500 mm長度不焊或只點焊，防止蝸殼變形無法與座環蝶形邊對接，需待蝸殼與座環蝶形邊安裝對口后再補焊滿，補焊前檢查有無裂紋、未焊透，以免留下安全隱患。

定位焊后，為了避免焊接變形引起座環基準尺寸變化，外縫采用二氧化碳氣體保護焊，焊接兩道后對背面焊縫進行清根，觀察應力的變形方向，再調整焊接順序或焊接方式。

b）蝶形邊焊接：

蝶形邊焊縫由多名焊工均勻分布，同時沿同一方向對稱分段退焊、跳焊，焊接速度一致；先焊下蝶形邊縫，后焊上蝶形邊縫；蝶形邊焊接需持續進行直至焊接完畢。蝶形邊焊縫焊接前后都要對座環測水平，焊接過程中應隨時監測座環水平。

c）其他附件的焊接：

耳板、舌板焊接：焊前應焊牢定位板，防止耳板、舌板在焊接過程中發生變形，檢查坡口銹蝕情況并清理干凈，符合焊接要求。為防止焊接變形，先焊正面焊縫再焊背面焊縫。采用拉板固定、減小焊接能量輸入等方法控制焊接變形。

湊合節焊接：蝸殼湊合節的焊接重點在第二條環焊縫。其焊縫為一次焊滿，應力非常大，焊接時采用疊焊，焊接要連續完成。從開始焊接到焊蓋面都應配合錘擊，應沿著施焊方向成矩形來回敲擊。

加強板焊接：加強板與座環筋板的焊接分為對接焊和搭接焊，對接焊先焊座環側焊縫，再焊蝸殼側焊縫；而搭接焊的順序則相反，先焊蝸殼側焊縫，再焊座環側焊縫。

4 對策實施效果

通過對蝸殼各節環縫坡口處理方式及焊接方法的改進，蝸殼各節環縫焊接由原來40天縮短到了20天，并提高了焊接質量，使整個蝸殼的安裝工期縮短了一半，從而縮短了整個發電機組的安裝工期，提早發電，為業主創造了效益，同時為企業帶來了顯著的經濟效益。

5 結語

水電站蝸殼安裝工期受多種因素影響，而焊接施工是蝸殼安裝中最重要且工作量最大的工作，因此縮短蝸殼的安裝工期就必須提高焊接的效率。為保障焊接效率與質量，必須采取相應的措施。具體來講，施工單位應該完善技術準備工作，編制切合實際的施工方案，加強技術交底，在實施焊接安裝作業前做好設備檢查，嚴格執行施工方案工藝措施，提高作業的規范化水平，明確相關責任人的職責，應在第一時間處理發現的問題。只有如此，才能確保充分發揮蝸殼安裝與焊接工藝的作用，在確保施工質量的同時縮短施工工期。