某電站HD780CF 材質蝸殼管節現場組拼、焊接工藝

趙澤鍬，張友飛

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

該電站坐落在瀾滄江的上游，其設計的發電功率達到4×350 MW，總裝機容量達到1 400 MW，是一座重要的（1）級建筑。該電廠的水庫的正常蓄水高度1 735 m，對應的存儲容積12.15 億m3，而死水位高度1 725 m，容量2.58 億m3，其存儲率達0.93%，并且擁有季度性的調度功能。 水輪機蝸殼共有25節管節需現場組拼、焊接，另外設置有2 節湊合節（湊合節需待現場其余管節安裝焊接完成后根據測量實際情況進行配割量調整，用于彌補管節卷板制造及安裝作業時出現的安裝誤差），包角為295°，材質為HD780CF，管節最大厚度36 mm，過流面最大半徑3 845，總重量約225 t。

2 蝸殼瓦塊現場拼裝

2.1 施工準備

（1）根據蝸殼設計圖紙和出場驗收資料對蝸殼瓦塊進行尺寸和外觀檢測，檢查瓦塊尺寸無超差，外觀無磕碰，缺損、油漆掉落。

（2）檢查蝸殼瓦塊在運輸到貨后，運輸加固位置、內部支撐位置有無焊接裂紋及缺陷等。

（3）徹底清理蝸殼瓦塊，并且要求每一個單節管節拼裝坡口和焊接區域其間的油污、漆膜、污垢、繡花、毛刺等都要保持在20 mm 以內。

（4）根據蝸殼設計圖紙的管節尺寸使用20 b 工字鋼及10 mm 厚干板制作9 m×9 m 的正方形蝸殼管節拼裝平臺。

2.2 瓦塊拼裝

該電站水輪機蝸殼管節需現場拼裝后吊裝的共25 節，管節最大直徑為7 690 mm，最小直徑為2 844.2 mm，最大壁厚為36 mm，最小壁厚為25 mm，焊接坡口為不等邊X 型坡口，其中第1 節~第14節由3 片瓦塊組拼而成，第15 節~27 節均為2 片瓦塊組拼而成。

為了更有效地完成到貨蝸殼瓦塊的拼裝和焊接，我們在廠房安裝間設置了一個拼裝焊接平臺，并使用550 t 橋機對瓦塊和管節進行了精確的拼裝和吊裝，以確保每一節的安裝合格。蝸殼瓦塊拼裝順序按照掛裝管節順序進行。

首先根據拼裝管節半徑尺寸在拼裝平臺上畫出底樣并在平臺上焊接樣板，將單節蝸殼中間瓦塊吊放到鋼平臺底樣位置，然后將兩側瓦塊依次吊裝就位后與中間瓦塊進行組拼，按照地樣對中間瓦塊進行壓縫，對縫采用千斤頂及手拉葫蘆進行調整，由于HD780CF 蝸殼材質的特殊性不得采用在母材上焊接壓碼的方式進行壓縫。檢查蝸殼進出水邊周長和圓度，開口尺寸，開口邊至腰線尺寸，瓦塊與瓦塊組拼縱縫過流面錯牙，管口平面度。

蝸殼瓦塊拼裝各項尺寸控制要求如下：

蝸殼管節單節的C 型開口G 偏差為+2 mm~+6 mm；

蝸殼管節單節的腰線中心至上、下開口斷面距離偏差E1-E2 為±0.002 Emm；

蝸殼管節單節直徑D偏差為±0.002D；

蝸殼管節單節開口斷面交錯距離偏差k1-k2 偏差為-10 mm~+10 mm；

蝸殼管節單節管口周長尺寸偏差為±0.001L，最大不超過-9 mm~+9 mm；

蝸殼管節單節管口平面度≤3 mm。

2 片瓦塊的管節同3 片瓦塊的管節組拼方法相同。

2.3 管節內支撐安裝

蝸殼管節縱縫焊接完成后應先根據焊好的樣板檢測縱縫除弧度，其樣板與蝸殼瓦片縱縫處之間的間隙值≤4 mm。

焊縫表面及內部質量檢查合格后，再次檢查蝸殼管節進出水邊周長和圓度，開口尺寸，開口邊至腰線尺寸，管口平面度各項尺寸，應符合本文2.2要求。滿足要求后加裝內支撐，加固前使用加熱板或火焰對焊接區域進行局部預熱（管節加固示意如圖1），與蝸殼管壁焊接的支撐節點板材質應與蝸殼管節材質相同或相近，不然應采用與焊接蝸殼管節同類型焊接材料堆焊（堆焊厚度≥5 mm）過度后，再焊接其它異種材質的支撐節點板。

圖1 蝸殼瓦塊拼裝各項測量位置示意圖

圖2 蝸殼瓦塊內支撐加固示意圖

3 蝸殼瓦塊拼裝縱縫焊接

3.1 焊接施工人員資質控制

參加蝸殼縱縫焊接工作的焊工應符合以下任何一項要求，其資格證書等資料將報監理單位、廠家焊接工程師審核。

（1）需參加ASME《鍋爐及壓力容器規范》第Ⅸ卷、《鍋爐壓力容器焊工培訓大綱》以及DL/T 679《焊工技能考核規程》的培訓。

（2）擁有中國質量技術監督局頒發的鍋爐、壓力容器焊接技能認證，并且需在有效期內使用。

（3）擁有符合國家規定的焊接資質認證。

3.2 無損檢測人員資質控制

參與蝸殼無損檢測的人員必須具備相關的資質證書，并且必須提交以下資料進行審核。

（1） ASNT Level Ⅱ級以上資格證書。

（2）國家勞動人事部門認可的鍋爐壓力容器無損檢測技術資質，達到Ⅱ級及以上標準。

（3）中國機械工程學會頒發的無損檢測資格證書。

操作人員應能夠勝任相關工作，能夠對焊縫質量進行準確的評估。

3.3 焊接方式

該電站水輪機蝸殼拼裝的焊接方法是使用手工電弧焊。每節蝸殼拼裝縫由2 名焊工對稱、多層、多道焊接（管節縱縫只有一條時由1 名焊工多層、多道焊接），每層、道均實施分段退步焊。在大坡口側焊滿坡口深度2/3 后，背面清根，打磨，焊縫經目測檢查和PT 或 MT 探傷合格后，兩側交替對稱施焊。正面焊縫打底焊道采用直徑3.2 mm 焊條，其余的焊道全部采用直徑4 mm 的焊條焊接。

3.4 焊接要求

（1）在進行焊接之前，請確保焊縫處的表面沒有任何潛在的損傷，包括氧化物、殘留的鐵屑、腐蝕物、沾染物以及涂抹的油漆。

（2）在蝸殼的組裝和焊接過程中，為了保證質量，必須使用氧丙烷火焰進行預熱，并且使用引弧板進行引弧，嚴禁在蝸殼的鋼板表面進行引弧和打火。

（3）在焊接前，應該對需要局部預熱的部位進行充分的預熱，預熱范圍為焊縫兩側 150 mm，然后將焊縫加熱至150~200℃，并在此溫度下保持2 h，最后緩慢冷卻至室溫，以確保焊接質量。

（4）如果接頭處的間隙超過4 mm，則必須采取堆焊措施來修補。為了減少間隙，可以在接頭的背面安裝墊板，確保墊板的材料與原材料相同。在正面焊縫完成之后，將墊板清理干凈后再進行打磨。

（5）在進行蝸殼拼裝時，應采用AWS E1101X-G焊材，并且在施工時避免進行錘擊操作。在進行焊接時，應將上下層之間的連線間隔保持在30~50 mm，并且保證焊道的寬度小于焊條的4 倍。

（6）在安裝蝸殼之前，需要先將蝸殼兩端的焊點固定在一起，在固定時，按照一般的焊接流程和標準，將其固定在原有的位置，以確保其固定的牢固性。固定的時候，需要將其預熱溫度提升到 20℃，距離在 300 ~500 mm 之間，固定的焊縫厚度在10 ~15 mm 之間。在進行定向焊時，應遵循傳統的正向焊工藝流程。

（7）為了保證質量，建議在進行基礎焊接時，采用Φ3.2 mm 的焊材。對于不同的部位，建議分別采用Φ3.2 mm 或Φ4.0 mm 的焊材。

（8）清理過程中，需要避免采取敲擊的方式，而采取碳弧氣刨和氧-乙炔火焰等技術，保證清理的范圍在2~5 mm 之間，然后再通過手工砂輪機對清理的部位進行MT 和PT 的探測和檢測。

3.5 焊接材料、預熱溫度及層間溫度

（1）AWSE1101X-G 是用來進行蝸殼焊接的最佳材料，焊縫的預熱溫度保持在120℃以上，各個部位的溫差小于160℃。

（2）確認所有的焊接材料都已在正確的溫度下存儲。如果想更換材料，請將它們移到100~150℃的保溫容器中，并在需要的情況下及時更換。在購買新材料的同時，請確認是否已經完全烘干。如果當天的焊條沒有被充分利用，請將其返還到原來的儲存空間，并進行必要的清洗和消毒。請確保清洗和消毒的次數在3 次以上，以確保最佳的效果。焊條烘干時，每層焊條堆放厚度一般不能超過3 根焊條厚度，避免影響焊條烘干效果。焊條烘干箱所使用的溫度測量設備和指示儀表需確認檢定，并在檢定合格有效期內。保管員在記錄焊條烘干過程中，必須提供有關焊接材料的牌號、批號、規格、數量、烘干溫度、時間以及烘干次數等詳細信息。

（3）領用焊條時，帶好保溫桶，根據焊工當日半天用量領取焊條，最多數量不得超過5 kg。焊條在保溫桶存放時間不宜大于4 h，超過4 h 后應重新烘干。焊工每次只允許領取一個爐批號的焊條，禁止同一焊工一次領取不同批號焊條。焊條保管人員建立焊條發放臺賬，記錄好當天所發放的焊條，內容包括：臺份號，蝸殼管節項號、焊材型號、規格、數量、爐批號、領用人。焊工當天未用完的焊條使用保溫桶一同退庫，杜絕隨意存放。焊條退回應進行記錄，并將退回焊條與庫存焊條區別存放，此存放區應做出明確標識。所有其他要求必須遵守JB/T 3223《焊接材料質量管理規程》的規定，以確保質量達到最高標準。

（4）通過對工件進行局部預熱，其覆蓋面積應在焊接處的3 倍板厚的范圍之外，最大不超過100 mm。

表1 蝸殼焊接預熱溫度表

3.6 焊接工藝參數

依現場蝸殼焊接工藝評定及焊接工藝參數進行施焊，焊接過程中應嚴格遵循現場焊接工藝評定參數和焊接工藝參數執行。焊接工藝參數如表2。

表2 蝸殼焊接工藝參數表

4 蝸殼焊縫質量檢查

蝸殼管節拼裝質量控制貫穿于從拼裝至管節拼裝縫焊接完成后尺寸檢查這一整個施工過程，由蝸殼拼裝的施工人員、技術人員、質檢人員共同進行。所有蝸殼焊縫經焊工自檢完畢后，還應用記號筆將自己的焊工代號記錄在焊縫邊緣，以便質檢員進行檢查和探傷。

為了確保蝸殼的焊接質量，所有縱向焊縫必須接受100%RT 和100%RT 探傷檢查，而環縫則必須接受100%UT 和30% TOFD 探傷抽檢，如果發現有任何可疑之處，則必須采取RT 探傷技術進行復查，焊縫必須經過打磨平整，然后再進行MT 和PT 探傷檢查，以確保其質量符合ASME VIII-APP-UW-51標準。12、8、6 步驟被執行，而TOFD 探傷則按照DL/T 330-2010 標準進行。

經過48 h 后檢查，發現一些不符合的問題。我們決定采取MT、PT 和TOFD 探傷方法。并使用碳弧氣刨，經過精細的打磨和MT 探傷，以確保質量合格。確認合格后再施焊，焊接工藝采用蝸殼焊接工藝。

表3 無損檢測執行標準表

5 水輪機蝸殼管節組拼及焊接質量控制

為了確保大型水電站水輪機蝸殼管節組拼與焊接的質量，需對施工人員進行全面的技術指導，包括但不限于對其生產流程的詳細說明。此外，還需要嚴格執行班前會的規定，并對員工的技能水平進行全面的培訓。在每日蝸殼管節組拼及焊接工作之前召開班前會，作業隊長和現場技術負責人清楚了解當日的施工計劃，并向施工人員提供必要的技能指導。嚴格執行監督，以防止因粗心大意而導致的質量問題。在單個工序施工完成和單項工程施工完成后，由質量管理部門對施工質量進行全面檢查，不合格的地方堅決改正。施工過程中認真執行質量控制檢查計劃，對不滿足質量要求的不予驗收。加強對施工全過程的旁站制，對可能出現的質量安全隱患，如發現問題當場糾正，及時整改，將潛在的質量風險消滅在萌芽狀態，確保蝸殼管節組拼及焊接過程有序開展。為后續蝸殼安裝制定堅實的技術基礎。

6 結語

通過對大型水電站HD780CF 材質蝸殼施工要求總結，全過程多方位的介紹了蝸殼管節組拼、焊接過程中的要求及焊接工藝，有效提高了蝸殼安裝時各項質量，為同類型電站機組安裝提供參考及借鑒。