某蓄能電廠座環(huán)及蝸殼現場組焊工藝淺析

高靜　王傳起

（1.廣東順德工業(yè)設計研究院，廣東佛山　528311；2.臨沭縣第五初級中學，山東臨沂　276700）

某蓄能電廠座環(huán)及蝸殼現場組焊工藝淺析

高靜1王傳起2

（1.廣東順德工業(yè)設計研究院，廣東佛山528311；2.臨沭縣第五初級中學，山東臨沂276700）

某蓄能水電廠機組安裝階段，由于受到多種因素制約，座環(huán)及蝸殼分為兩半運輸至安裝現場，需要在現場進行組焊。座環(huán)及蝸殼重量大，鋼板厚度最大可達135mm，使用手工電弧焊（SMAW）方法進行焊接，需要使用立焊、平焊、仰焊等多種工藝。焊接不僅要達到要求強度，而且焊接變形量必須控制在極小的范圍內，焊接后檢測無應力殘留、氣孔、裂紋等。本文著重對某蓄能水電廠座環(huán)蝸殼焊接工藝的研究，為以后類似焊接工作提供一定的借鑒及指導。

座環(huán)蝸殼手工電弧焊焊接變形量應力殘留

某蓄能電廠是近年來新建的高水頭、大容量抽水蓄能電廠。機組安裝過程中，由于蝸殼整體直徑大于9米無法公路運輸，不能將座環(huán)蝸殼組焊完整后運輸至現場進行安裝。故采用在生產廠家將座環(huán)蝸殼焊接為兩個相等部分，分瓣運輸至現場后再進行組焊。座環(huán)鋼板最厚處為135mm，蝸殼環(huán)節(jié)厚度為66mm，厚度較大給焊接工作帶來較大難度；此外由于座環(huán)及蝸殼并非規(guī)則表面，需要應用平焊、仰焊、立焊等多種焊接方法，同時為了避免應力集中及存在內裂紋、氣孔、夾渣等問題，焊接過程中對焊接工藝的要求很高。此類設備焊接工藝的研究對其他厚度大、焊接條件復雜、質量要求高的設備焊接工作具有一定的指導和借鑒意義。

1　基本情況介紹

某蓄能電廠座環(huán)內徑最小處5800mm，外徑7991mm，蝸殼進口段外徑2724mm。蝸殼為360°全包蝸殼，有15個環(huán)節(jié)及進口管段組成，進口直管段及15個環(huán)節(jié)每節(jié)圓周上占據22.5°。蝸殼環(huán)節(jié)及進口短管材質為B610CF鋼材，座環(huán)材質為Q345-B鋼材。

圖1　座環(huán)焊接順序

焊接過程中，要求焊接位置無應力殘留、焊接變形量控制在要求范圍內，座環(huán)直徑變形量在±0.1mm，頂蓋臺面加工面水平面水平低于0.02mm/m，焊縫高度及咬邊高度低于0.5mm，蝸殼過流面焊縫堆高低于1.5mm，其他位置焊縫堆高低于3mm。每天開工前對座環(huán)水平進行測量，同時在座環(huán)上部、中間、下部各取一環(huán)進行測量，如果數據超標則需要對焊接順序進行調整修正。同時焊接過程中要做好焊條加熱、焊縫預熱、應力控制等多方面技術控制。

圖2　焊接位置調整U型擋塊

圖3　焊接位置調整搭馬

2　焊接前準備

座環(huán)材質為Q345-B鋼材，蝸殼環(huán)節(jié)材質為B610CF鋼材，焊接前先以100-120℃的溫度將焊接部位及焊縫兩側100mm范圍內進行預熱，打底層焊接采用火焰加熱方法預熱；打底后焊接采用紅外加熱塊加熱方法進行，局部區(qū)域以火焰輔助加熱。使用接觸式及紅外溫度計測量確認預熱溫度。

圖4　蝸殼環(huán)節(jié)坡口尺寸要求

圖5　蝸殼環(huán)節(jié)焊接順序

座環(huán)及蝸殼環(huán)節(jié)焊接采用SMAW（手工電弧焊）方法焊接，使用TIG（鎢極氬弧焊）焊接方式對咬邊等問題進行處理。搭馬、擋塊、加固件等使用MAG（熔化氣體保護焊）焊接方式。焊條使用前需要在300-350℃的加熱箱中加熱一小時，將焊條取出后放置在保溫桶內，焊條使用時溫度控制在70-110℃之間。

3　座環(huán)封焊工藝及方法

座環(huán)焊接前使用加熱組合螺栓將兩瓣座環(huán)緊固，緊固后測量座環(huán)水平滿足在0.1mm/m以下，同時座環(huán)各個面齊平，機加工面高程差在0.05mm以內，座環(huán)把合面間隙使用0.04mm塞尺測量應無法塞入，座環(huán)圓度在1mm以內，圓度=1/2（最大直徑-最小直徑），清潔焊接表面確保無油液及粉塵。上述條件滿足后即可開始進行預熱及座環(huán)封焊。

為了控制焊接變形，座環(huán)打底焊采用分段多層跳焊，由4名焊工在座環(huán)對稱位置開始焊接，分段長度不大于300mm，焊接前火熱預熱方位必須超出焊接位置100mm以上。打底焊縫高度控制在6-10mm之間，立焊不少于兩層，平焊及仰焊不少于3層。

打底后正是焊接同樣采用分段多層跳焊的方法控制焊接變形，分段長度不大于300mm，每個焊接位置可一次焊接2-3道，超過3道則會造成局部溫度過高，導致嚴重的局部應力集中導致變形。3道焊完后4個焊位應同時停止焊接（時間差不超過1分鐘），待溫度將至350℃左右時繼續(xù)開始焊接，同樣焊接3道。如果焊接過程中某個焊位3道焊完后未達到要求水平，則應該在下一次焊接過程中可適度增大或減小焊層厚度。每層焊接厚度控制在10mm以內，立焊不少于兩層，平焊及仰焊不少于3層。焊接步驟圖示見圖1。

由于座環(huán)為Q345-B鋼材，焊接過程中層間溫度應控制在300℃以下。每焊完一層（小于10mm），應對焊縫進行錘擊消除焊接殘余應力，后熱回火熱處理1.5小時，后熱回火溫度控制在200-250℃，但是打底焊接完成后不需要進行后熱回火處理。在座環(huán)所有焊縫焊接完成后對全部焊縫進行后熱回火處理消除殘余應力，溫度控制在200-250℃，保溫1-2小時即可。

4　蝸殼環(huán)節(jié)環(huán)焊

蝸殼環(huán)節(jié)焊接前需要在焊接位置附近焊接如圖2所示U型擋塊，通過敲擊楔子板調整調節(jié)焊接坡口面的偏差及錯位。如使用U型擋塊無法調整至焊接要求參數，可使用如圖3所示搭馬進行調整。坡口間隙最大6mm，坡口面高差，坡口角度控制在35°-50°范圍內，具體如圖4所示。坡口配合尺寸達到要求后，點焊固定楔子板，使用金屬清洗劑清除焊縫表面的油脂、粉塵等雜質。

上述條件滿足后，預熱焊縫即可開始進行環(huán)焊，為減輕變形量采用分段多層焊接法，焊接順序如圖5所示。焊接方法與座環(huán)焊接方法相同，坡口側焊縫焊接2/3坡口深度之后，采用電弧氣刨進行清根處理，使用滲透探傷檢查（PT探傷）確認焊縫無裂紋、夾渣等問題后，進行清根側焊接，清根側焊縫完成后機械進行坡口側焊接。

由于蝸殼環(huán)節(jié)為B610CF鋼材，焊接過程中層間溫度應控制在250℃以下。焊接后采用座環(huán)封焊相同的后熱回火方法消除殘余應力，回火溫度計時間均與座環(huán)封焊相同。

5　焊接后檢查修整

座環(huán)封焊、蝸殼環(huán)焊每條焊縫后熱回火結束后，應對焊縫區(qū)域進行無損探傷檢查（RT、UT、MT、PT），確保焊縫無裂紋、夾渣、汽包后，焊接工作結束。否則裂紋、夾渣、汽包區(qū)域應使用電弧氣刨吹掉原有焊縫，重新補焊。對于蝸殼環(huán)焊、蝸殼及進口管段環(huán)焊的所有焊縫實施射線探傷檢查（RT），對于不能進行RT檢查的部位采用超聲波探傷檢查（UT）。對于蝸殼環(huán)焊內外面實施磁粉探傷檢查（MT）。檢查結束后，對焊縫外觀進行目測檢查。對焊縫高度在0.5mm以上，咬邊高度在0.5mm以上，過流面（蝸殼內側）焊縫堆高高度在1.5mm以上的部位進行打磨，其余部位焊縫堆高超過3mm時進行打磨，同時出去焊瘤。

6　結語

此次某蓄能水電廠蝸殼座環(huán)的焊接達到了較高的水平，驗收過程中未發(fā)現裂紋、夾渣、汽包等現象，且焊接變形控制在要求范圍內，圓度差在1mm范圍內、頂蓋加工面水平控制在0.1mm/m以內。此后按順序對蝸殼進行4次壓力試驗，最高壓力為114.7bar保壓30分鐘，保壓過程中無明顯壓降，且焊縫處無滲水現象。由此證明此次座環(huán)蝸殼采用的焊接工藝及方法完全可以滿足大厚度、焊接條件復雜、質量要求高的設備的焊接要求。

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