基于水電站大型壓力鋼管焊接質(zhì)量控制問題

孫學(xué)勇

(新疆匯通水利電力工程建設(shè)有限公司，烏魯木齊830009)

0 引 言

針對(duì)本水電站的焊接要求，采用富氬氣體保護(hù)自動(dòng)小車焊接相關(guān)技術(shù)，由于這種技術(shù)較為先進(jìn)且需要注意地方比較多，刨邊機(jī)加工應(yīng)用在縱縫坡口加工中，對(duì)于質(zhì)量要求比較高的特點(diǎn)，在廠內(nèi)進(jìn)行焊接壓力鋼管所有縱縫，采用50%RT、00%UT 的方式進(jìn)行探傷，較為適合I 類焊縫的焊縫類別的要求，能夠滿足一次合格率高于95%，且98%以上為優(yōu)良的相關(guān)要求。

另外，由于火焰矯正并不能應(yīng)用在高強(qiáng)鋼上，這樣就難以實(shí)現(xiàn)大厚板機(jī)械矯弧的問題，存在較難控制焊接角變形的問題，所以，控制焊接角變形則需要考慮到焊接自身應(yīng)力變形問題，這是比較有效方法。

1 焊接質(zhì)量保證措施

焊接質(zhì)量保證措施主要有以下三項(xiàng)措施:1)對(duì)于過程控制進(jìn)一步強(qiáng)化。

相應(yīng)的焊接技術(shù)員以及作業(yè)隊(duì)長(zhǎng)對(duì)于焊接規(guī)范記錄、焊接溫度記錄等進(jìn)行記錄，現(xiàn)場(chǎng)巡檢則由質(zhì)檢工程師進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)督，使得整個(gè)施工過程能夠進(jìn)行較好的控制。

2)通過實(shí)現(xiàn)三檢制度，監(jiān)督檢查進(jìn)一步強(qiáng)化。

主要通過班長(zhǎng)首先檢查，再通過隊(duì)長(zhǎng)和主管技術(shù)人員進(jìn)行二次檢查，三檢則是通過質(zhì)檢工程師完成［1］。

3)做好現(xiàn)場(chǎng)的焊接明白卡張貼工作，以及焊前技術(shù)交底相關(guān)內(nèi)容。

相關(guān)的操作人員和管理人員應(yīng)該有技術(shù)部門負(fù)責(zé)，完成相關(guān)的技術(shù)交底工作，能夠幫助參與施工的相關(guān)人員對(duì)于施工加深更為清晰的認(rèn)識(shí)，明確其中的質(zhì)量要求、施工步驟、標(biāo)準(zhǔn)控制以及施工特點(diǎn)等方面。

2 焊接技術(shù)準(zhǔn)備

焊接技術(shù)準(zhǔn)備包括:進(jìn)一步加強(qiáng)施工人員資質(zhì)控制、原材料質(zhì)量控制、編制焊接工藝規(guī)程、焊接工藝評(píng)定和焊接環(huán)境控制。

2.1 進(jìn)一步加強(qiáng)施工人員資質(zhì)控制

從用人制度上對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行保證，對(duì)于壓力鋼管焊縫的焊接人員、無損檢測(cè)人員的資質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

其中，在無損檢測(cè)人員資格管理方面，應(yīng)該保證具有II 級(jí)或II 級(jí)以上的檢測(cè)人員進(jìn)行相關(guān)的焊縫質(zhì)量的評(píng)定工作;工業(yè)部門技術(shù)資格證書也是對(duì)于無損檢測(cè)人員的基本要求。

在焊工資格管理方面，則應(yīng)該《水工金屬結(jié)構(gòu)焊工考試規(guī)則》進(jìn)行相關(guān)的焊工的考核;保證焊工的焊接工作時(shí)間，對(duì)于達(dá)到6個(gè)月以上中斷人員，進(jìn)行考試;電力部、水利部頒發(fā)的焊工證書，或者壓力容器焊工考試合格證書則是進(jìn)行一、二類焊縫焊接的焊工的基本要求，保證合格證的有效性;焊工本人考試合格的項(xiàng)目則應(yīng)該包括項(xiàng)目中所涉及到的焊接位置、焊接方法和相應(yīng)的焊接的鋼材種類等方面的要求［2］。

2.2 原材料質(zhì)量控制

材質(zhì)證書與材料的吻合性應(yīng)該在材料進(jìn)場(chǎng)的情況下進(jìn)行檢查，對(duì)于鋼板的抽查則應(yīng)該每爐2%進(jìn)行，并且抽查數(shù)量要求≥2 張，力學(xué)性能、超聲波探傷檢查、化學(xué)成分、表明檢查則是相關(guān)的檢驗(yàn)項(xiàng)目。

2.3 編制焊接工藝規(guī)程

在結(jié)合實(shí)際工程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行施焊之前，參考已經(jīng)通過審核的焊接工藝評(píng)定報(bào)，對(duì)于壓力鋼管焊接工藝規(guī)程及要求進(jìn)行編制，并應(yīng)經(jīng)過監(jiān)理人的審核。

2.4 焊接工藝評(píng)定

在進(jìn)行評(píng)定對(duì)接焊縫的焊接工中，對(duì)于壓力鋼管高強(qiáng)鋼縱縫來說，這是一個(gè)需要注意的地方。應(yīng)該保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中所有的位置部位都應(yīng)該試焊位置有所保證，在嚴(yán)格按照施工圖紙的基礎(chǔ)上，進(jìn)行相關(guān)的預(yù)熱、后熱以及焊后的熱處理等工藝，還應(yīng)該采用和制造鋼管所用的材料相同的焊接工藝評(píng)定的試板鋼材。

試焊施工則應(yīng)該使用技能水平最高的焊工進(jìn)行，焊前清理應(yīng)該進(jìn)行，保證坡口裝配質(zhì)量，并進(jìn)行相關(guān)的完整的焊接過程記錄［3］。

對(duì)于相關(guān)的施工過程中的規(guī)范參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)控制，具體包括小車擺動(dòng)速度、焊接電壓、行走速度、焊接電流、線能量等。

在進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)之前，應(yīng)該保證焊接在48 h后，無損檢測(cè)合格則可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取樣。

在試驗(yàn)相關(guān)的機(jī)械性能合格之后，可以根據(jù)實(shí)際工況要求，編制可用性且可靠性較強(qiáng)的焊接工藝參數(shù)報(bào)告。

2.5 焊接環(huán)境控制

下列幾個(gè)方面則是在焊接環(huán)境控制中需要注意的問題，應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)的防護(hù)措施，焊接工作如果在沒有防護(hù)措施的情況下，則應(yīng)該停止施工。

具體出現(xiàn)的焊接環(huán)境包括:

1)露天試焊在雪天或者雨天進(jìn)行。

2)氣體保護(hù)焊在風(fēng)速＞2 m/s下進(jìn)行。

3)環(huán)境溫度＜－5 ℃。

4)相對(duì)濕度＞90%，則需要采取切實(shí)的防護(hù)措施。

3 焊接工藝要求分析與思考

3.1 焊接材料

在焊絲選用方面，這里采用CHW—65Aφ1．2 的實(shí)心焊絲;在保護(hù)氣體方面，采用80%Ar +20%CO2混合氣體，其中，CO2≥99.5%，氣體純度心不低于99.9%。

3.2 預(yù)熱溫度及后熱溫度

要求能夠達(dá)到80 ℃～120 ℃的預(yù)熱溫度，后熱處理則應(yīng)該在焊后立即進(jìn)行，保證后熱溫度能達(dá)到150 ℃～200 ℃，進(jìn)行1 h的保溫處理，在此過程中，應(yīng)該安排專人進(jìn)行記錄［4］。

3.3 焊前準(zhǔn)備工作

焊前準(zhǔn)備工作主要包括以下7 點(diǎn):

1)收弧板和引弧則是在焊縫兩端進(jìn)行設(shè)置，具有和焊縫坡口一樣的坡口形式。

2)在施焊面的背面布置相關(guān)的預(yù)熱用的加熱片。

3)坡口附近進(jìn)行相關(guān)的清理，周圍的油污、熔渣、鐵銹應(yīng)該進(jìn)行清理。

4)脈沖電弧應(yīng)用。

5)為了能夠?qū)崿F(xiàn)與坡口的距離的一致性，應(yīng)該進(jìn)行小車軌道的調(diào)整。

6)進(jìn)行相關(guān)檢查，保證氣瓶、氣管以及送絲機(jī)和主機(jī)電源的連接的正確性。

7)進(jìn)行相關(guān)的工藝參數(shù)的設(shè)置，根據(jù)實(shí)際情況包括相關(guān)的左右停留時(shí)間、擺動(dòng)頻率、行車速度和擺動(dòng)模式等。

3.4 焊接操作注意事項(xiàng)

在焊接操作過程中，需要注意的內(nèi)容包括以下8個(gè)方面:

1)層間溫度應(yīng)＜230 ℃。

2)焊道中的焊厚應(yīng)該在6 ～8 mm 中，寬度＜25 mm。

3)線能量控制＜40 kJ/cm。

4)熔池變化和弧長(zhǎng)應(yīng)在焊接過程中注意，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整。

5)表面的氧化物應(yīng)該在進(jìn)行焊接完后，利用磨光機(jī)進(jìn)行清除，然后相應(yīng)采取合理措施。

6)焊槍行走角在焊接過程中控制范圍在80° ～90°，同時(shí)，熔深隨著焊槍行走角增大而減少。

7)為了盡量不出現(xiàn)焊接死角，在采用全自動(dòng)小車焊接的情況下，角度控制60° ～65°，相比于一般焊接坡口角度，出現(xiàn)稍大的焊接坡口［5］。

8)碳弧氣刨清根采用在背縫中，應(yīng)該杜絕出現(xiàn)背縫形成尖角的情況，對(duì)于滲碳層則應(yīng)該利用磨光機(jī)進(jìn)行清除，進(jìn)行檢查合格后，然后可以進(jìn)行背縫焊接。

4 焊接檢驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行檢查焊縫的外觀，要求100%外觀質(zhì)量檢查的合格率，美觀的焊縫成形。無損檢測(cè)則是在焊縫外觀檢查之后的24 h后進(jìn)行，根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求，無損檢測(cè)中要保證縱縫為I 類焊縫，50%RT+MT 和100%UT 超聲波探傷則是探傷采取的方式。

5 缺陷處理

1)對(duì)于裂紋等危險(xiǎn)性缺陷出現(xiàn)在表面或者焊縫情況下，對(duì)于相關(guān)原因進(jìn)行分析和探討，然后才有效制定措施。

2)對(duì)于其他內(nèi)部缺陷來說，清除則是利用碳弧氣刨，為了方便進(jìn)行焊接，還應(yīng)該角磨機(jī)修磨，注意焊縫焊補(bǔ)工藝應(yīng)和正式焊接一樣。

3)進(jìn)行高強(qiáng)鋼返修控制在1 次，同一部位返修盡量控制在2 次內(nèi)。要是有其他情況，則應(yīng)該進(jìn)行特殊情況進(jìn)行專門研究，并進(jìn)行詳細(xì)記錄。另外，還應(yīng)該歸檔相關(guān)的無損檢查資料的返修記錄。

6 焊接角變形的控制與思考

在實(shí)際工況中，對(duì)于610MPa 級(jí)別的高強(qiáng)鋼來說，則更應(yīng)該注意其在焊接中的變形問題，因?yàn)橐话悴豢梢赃M(jìn)行相關(guān)的變形矯正，火焰矯正在高強(qiáng)度鋼中并不適用，也不可能利用機(jī)械矯正。所以，要想能夠保證壓力鋼管尺寸合格，就應(yīng)該注意在焊接過程中的焊接變形控制問題。只有通過壓力鋼管焊接中的嚴(yán)格控制每個(gè)步驟，才有可能處理好控制變形問題。

6.1 壓力鋼管組圓

1)臨時(shí)固定采用點(diǎn)焊擋塊在組圓平臺(tái)支墩位置。

2)工字鋼焊接的對(duì)圓平臺(tái)上進(jìn)行直立放置相關(guān)的卷制合格的瓦片，并進(jìn)行組園平臺(tái)和底部的吻合。

3)火焰進(jìn)行局部預(yù)熱應(yīng)該保證在定位焊之前進(jìn)行，然后通過定位焊來滿足瓦片間隙和樣板的要求，其中，高于正式焊縫預(yù)熱溫度20 ℃才算預(yù)熱溫度。

4)簡(jiǎn)易的對(duì)接工裝就可以滿足對(duì)于瓦片縱縫對(duì)接錯(cuò)牙調(diào)整的要求，檢測(cè)調(diào)整則是采用弦長(zhǎng)2 000 mm 的樣板，要求瓦片和樣板間的間隙在2.5 mm。

5)為了有效保證要求范圍內(nèi)，點(diǎn)焊后的瓦塊尺寸的測(cè)量則是通過樣板并輔以卷尺拉直徑的方法進(jìn)行。

6.2 安裝加勁環(huán)

加勁環(huán)的安裝則是在驗(yàn)收合格組圓之后，使得瓦塊的剛性固定進(jìn)一步增大;在加工圖紙的要求下，對(duì)于加工合格加勁環(huán)瓦塊進(jìn)行吊裝，為了使得樣線吻合，需要進(jìn)行人工調(diào)整，后進(jìn)行相應(yīng)的電焊固定，為了保證連接部位的強(qiáng)度，應(yīng)該保證電焊長(zhǎng)度控制在50 mm內(nèi);為了便于進(jìn)行焊接操作以及小車軌道鋪設(shè)，則應(yīng)該要求不能把加勁環(huán)在縱縫兩側(cè)50 mm內(nèi)。

6.3 焊接縱縫時(shí)變形控制

分段退步焊和多層多道焊則在進(jìn)行縱縫焊接中采用，焊接次序則是由組圓時(shí)定位焊的位置所決定;對(duì)于瓦塊內(nèi)側(cè)的定位焊縫來說，則是在瓦塊外側(cè)進(jìn)行正式焊接的第一層打底焊接，反之，打底焊接則應(yīng)該在內(nèi)測(cè)進(jìn)行;在焊接完成后，應(yīng)該利用樣板進(jìn)行瓦塊尺寸的測(cè)量，在相應(yīng)的變形方向基礎(chǔ)上，對(duì)于焊接順序進(jìn)行及時(shí)更改，能夠有效控制變形。

7 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過對(duì)于電站的規(guī)范和科學(xué)的壓力鋼管制造來說，經(jīng)過實(shí)際工作檢驗(yàn)，能夠使得焊接一次驗(yàn)收滿足99.4%以上。經(jīng)過不斷總結(jié)大型壓力鋼管焊接質(zhì)量控制問題，希望能夠在今后的工作中，具有更高的焊接合格率，具有更好質(zhì)量的焊接產(chǎn)品。

［1］王新昊，金哲光. 淺談抽水蓄能電站壓力鋼管的焊接控制對(duì)策［J］. 中國(guó)科技財(cái)富，2011(06):145－146.

［2］于華，權(quán)建軍，李偉武，等. 壓力鋼管的焊接工藝規(guī)程WPS［J］. 焊接技術(shù)，2002，31(06):58－59.

［3］李曉剛，趙延智. 積石峽水電站壓力鋼管焊接質(zhì)量控制［J］. 水力發(fā)電，2011，37(11):32－34.

［4］馮艷蓉，李才，李奎生. 豐滿水電站老壓力鋼管加固與改造［J］. 水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2001(02):47－57.

［5］董毓新，趙德海，馬震岳. 廠壩間巨型壓力鋼管在常規(guī)荷載作用下受力特性研究［J］. 水力發(fā)電，2001(01):44－46，71.