大型水電站高強鋼蝸殼制作工藝

呂 崧，楊 鼎

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

0 引言

水電站高強鋼蝸殼作為水輪機的重要組成部分，其制作工藝和質量對水電站的安全和穩定運行具有重要意義。目前國內在建及計劃建設的抽水蓄能電站機組不斷向高水頭、大容量的方向發展，為了節省電站布置空間、降低工程綜合成本及減少焊接工作強度的需要，高強鋼開始應用于抽水蓄能電站蝸殼。高強鋼材料的使用可以提高蝸殼的承載能力和耐腐蝕性能，但是制作過程中可能會出現一些問題，如焊接質量、變形和裂紋等。因此，制作高強鋼蝸殼需要嚴格控制質量，確保其符合設計要求和使用要求。

1 制作工藝流程

高強鋼蝸殼的制作工藝一般包括以下步驟：

（1）復核圖紙、材料采購：通過對圖紙進行會審、二三維復驗來核對設計、生產圖紙的正確性。并對材料進行匯總采購，采購時必須附帶鋼板采購相關技術要求及部分參數要求，以保證鋼板質量。

（2）材料進廠入庫：采購回廠質量控制，其中包括入庫、復檢等。

（3）下料及坡口加工：通過下料、坡口等控制缺陷的產生。需要保證下料的準確性，以保證后續工作的正常運行，保證產品質量。

（4）卷制：將預處理好的板材按照設計圖紙進行卷曲成型，形成蝸殼的外形。由于蝸殼并非是一個圓柱體，傳統工藝采用瓦片壓制法來進行壓制。但采用瓦片壓制法壓制,其成型速度慢，工作效率低。則采用卷板機按其素線進行壓制而成型。在材料選擇階段，需要嚴格按照規范進行材料的選擇和檢驗，確保材料的質量符合要求。

（5）組焊：將卷制成型的蝸殼進行組裝焊接，需保證焊縫的質量。

（6）后續加工：對焊接好的蝸殼進行后續的加工處理，如表面打磨、去毛刺等。

（7）涂料涂裝：使用的涂料質量必須符合國家標準，不合格或過期涂料嚴禁使用。

2 制作工藝流程質量控制

在產品制造開始前，需對產品的圖紙進行會審，合同進行交底，工藝、工序、技術要求和相關規范要求進行培訓和評審。通過保證原材料質量的方式來為產品質量提供保障，因此需要嚴格執行材質標準、偏差標準、設計相關標準。降低損耗的前提下從工藝角度控制成本。

各種規格鋼板到貨必須附有出廠質量合格證明書。鋼板在運輸、倒轉過程中，需要注意避雨防腐蝕，吊裝時需嚴格執行吊裝方案要求，保證材料不會發生變形、損壞。堆放時遵循分項目、區種類的方式，按材質、厚度進行分類堆放，并保證板與板之間的間隔、堆放高度、堆放地面布置，符合相關規范要求，使其不產生變形。材料進廠時需有出廠質量證明書，且其力學、理化、物理等性能滿足相關技術要求，所有鋼板均應進行抽樣檢驗，檢驗合格后方可使用。材料和外購件運抵進廠后，承包人應負責驗收入庫，應向監理工程師提交質量證明書、使用說明書或試驗報告，并接受監理工程師的檢查。嚴格禁止使用沒有產品合格證件的材料。

焊接材料：蝸殼焊接材料的力學、理化、物理等性能需滿足現行的國家標準規范規定。并按施工技術等要求在監理、項目工程師的見證下對其進行抽檢，核對產品質量證明書，其抽檢結果需符合相關標準要求，檢測也可由第三方進行檢測。焊材的化學成分、延伸率、抗拉強度等機械性能經檢測需與母材性能形成等強匹配，否則不得在蝸殼制造中使用。焊條應優先選用低氫型。焊接材料的最終檢驗應通過焊接工藝評定和生產性焊接試驗進行，焊接接頭的力學性能、熔敷金屬含氫量、焊接無裂紋等應滿足相應標準的要求。

涂裝材料：涂料的涂裝需滿足有關規范、規定的要求。涂料必須附帶產品合格證和質量證明書，使用時間必須在保質期內，使用方式吻合說明書要求，后期養護也需滿足要求。

材料平板：平板后的平面度≤3.0 mm/m。

數控下料：準確的下料圖導出準確的程序，核對放樣圖無誤后便可實操，切割時保證切口質量，保證下料尺寸，其下料允許公差符合相關公差要求。

標注標識：下料完成后由專門人員進行劃線工作，標識其管節編號、縱縫對接號、進出口方向、瓦塊規格、平板的正反面等。高強度鋼板上，不得用鋸或鑿子、鋼印作標記。

坡口開制：隨著蝸殼的發展，高強鋼蝸殼已逐漸占據優勢，但高強鋼板的加工優先選擇冷切割加工，為保證后期的焊接質量，在制造條件不滿足的條件下也可采用熱切割，熱輸出需控制表面炭化層厚度，并且切割后需要進行不小于0.8 mm 的打磨才可進入下道工序。

卷制：在瓦塊卷制過程中，應注意，卷板方向必須傾向于鋼板的軋制方向；卷板時，不準錘擊鋼板；優先選擇分段滾壓法，保證其瓦塊不發生扭曲。卷板時，嚴格控制瓦塊的下壓量，以保證其曲率半徑逐步達標，保證卷板質量。

組裝：組裝應先進行單節預組，在平臺上做出地樣進行復核圓心、弦長及對角線、軸線長度及傾斜度、軸心尺寸等參數，并實時關注縱縫焊接過程中的尺寸變化，為后續管節組裝打好堅實基礎。蝸殼一般由不同板厚瓦塊組成，其過程中必須保證內流面平齊，可以自制壓縫工具進行輔助，以盡量少使用壓碼和楔鐵，確保縱縫裝配質量。在組裝和檢驗滿足制造規范的要求。

表1 組裝測量控制尺寸表

進行焊工的培訓、取證工作。

焊前準備：焊工必須經過考核并取得相應合格證書，方可從事焊接工作。焊縫周圍10~20 mm 范圍內必須保持清潔，不得有影響焊接質量的鐵銹、油污、水和涂料等。對有裂紋、分層、夾渣等缺陷應予清除。每批焊材均應有質量合格證書，否則在使用前必須做全面檢查。焊條烘干溫度為350~400℃，烘干時間為1~2 h，最多能重復烘烤兩次。烘干的焊條用專用烘箱和保溫筒保溫，專用烘箱和保溫筒的溫度應保持在100~150℃，焊條暴露在空氣中的時間不超過30 min。

焊后檢驗和返修：對所有焊縫表面采用外觀質量檢查，焊縫表面質量檢測見《焊接質量檢測標準》。對焊縫內部缺陷采用超聲波探傷等無損檢測方法進行檢查。無損檢測應在焊接完成24 h 以后進行。對不合格的焊縫應先分析原因再進行處理。返修時，應采用碳弧氣刨清除缺陷部位的焊縫金屬，到缺陷全部被清除為止，然后清除氧化物，打磨焊道至露出金屬光澤，再采用與本規程相同的焊接規范參數和工藝要求焊接。焊縫同一個部位返修次數不超過兩次。蝸殼焊接，多為單節蝸殼縱縫與拼接環縫。

焊接要求：整體組焊時按組裝順序一一焊接，先焊筒內，外側打底清根焊透。蝸殼里襯整體組裝好后，從斷面3 處即第一節蝸殼與第二節蝸殼的節間環縫開始焊接；按斷面標號順序由小到大焊接節間環縫。優先采用對稱分段焊法進行焊接，其分段長度一般為100~200 mm，施焊過程中，要保證應連續焊完某一單元或某一部分的焊縫，不可中斷；多層多道焊時，層間接頭應錯開30 mm 以上，每層厚度不大于5 mm，以避免焊接應力集中，造成較大的焊接變形。

焊接控制：焊縫預熱溫度一般為80℃，其范圍需在距焊縫中心100 mm 左右，采用電加熱，預熱時必須緩慢且均勻，以避免出現裂紋和變形。過程中控制層間溫度≤250℃，并且不低于預熱溫度，以控制裂紋的產生。焊后要進行至少250~300℃，保溫時間3 h 的除氫后熱處理。焊接過程中由技術人員對蝸殼的變形隨時進行監測，定時觀測蝸殼變形及焊接收縮情況，以便隨時發現問題并及時處理。

涂料涂裝：噴砂后的金屬表面的清潔度等級應不低于Sa2.5 級，與混凝土接觸表面清潔度等級應不低于Sa2 級。手工和動力除銹，其表面清潔度等級達到GB8923 中規定的St3 級。環境溫度不能低于5℃，不能高于45℃，涂裝涂料應選用推薦廠家中性能優良的產品。使用的涂料質量，必須符合國家標準，不合格或過期涂料嚴禁使用。

在制作工藝過程中，需要進行嚴格的質量控制，包括焊接質量控制，對焊接設備進行定期維護和檢驗，確保焊接質量符合要求；變形和裂紋控制，在制作過程中需要進行適當的控制，避免出現變形和裂紋等問題；表面處理質量控制，對表面的打磨和去毛刺等處理進行嚴格的質量控制，確保表面質量符合要求。

3 結束語

水電站高強鋼蝸殼的制作工藝和質量控制對水電站的安全和穩定運行具有重要意義。制作過程中需要嚴格控制質量，確保其符合設計要求和使用要求。同時，針對可能出現的問題采取相應的解決方案，確保高強鋼蝸殼的制作工藝和質量。高強鋼用于大型水電站，已有不少成功的案例。本文制定出高強鋼蝸殼成型工藝，解決瓦片成型難度大，卷制/壓制成型設備要求高，一次壓制成型合格率低，成型后不能用火焰校形的問題。根據高強鋼蝸殼制作技術的研究，得出合理的工藝措施，提高生產效率，保證焊接質量，增強企業的市場競爭力。