頂水焊工藝在蒲石河抽水蓄能電站灌漿孔封堵中的應用

溫占營，陶迎新，李明凱

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧省丹東市 118216）

頂水焊工藝在蒲石河抽水蓄能電站灌漿孔封堵中的應用

溫占營，陶迎新，李明凱

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧省丹東市 118216）

本文簡要介紹了電站地下廠房鋼結構灌漿孔和混凝土澆注孔在地下水豐富造成的潮濕、滲水環境中實施封堵焊接施工，從焊接過程中減少或避免水環境的影響考慮，采用頂水焊施工工藝的過程和實施成果。

灌漿孔；混凝土澆注孔；封堵；頂水焊

0 引言

在地下水較豐富地方建設水電站地下廠房，引水、尾水系統的鋼結構灌漿孔封堵焊接施工中受水因素影響較大，根據以前施工經驗所采取的施工方式要么難以控制焊接質量，要么效率很低，需要一種新的施工工藝既保證質量，又提高效率。

1 頂水焊工藝設想提出

1.1 研究背景

蒲石河抽水蓄能電站在引水、尾水系統壓力鋼管段和鋼襯段施工過程中，鋼結構混凝土澆注孔和各種灌漿孔數量多，鋼板厚，且地下水豐富，灌漿后仍有大量灌漿孔滲水甚至涌水。在此環境中對灌漿孔進行焊接封堵，焊接過程中局部受熱，壓力鋼管外壁的混凝土潮濕氣體受熱膨脹后，順著組對間隙浸入到焊縫的熔池中，形成密集的氣孔群，會導致延遲裂紋的產生，直接影響焊接質量。在焊接過程中減少或避免水環境的影響，控制延遲裂紋的產生是難點和重點。

1.2 經驗方法分析

根據以前的施工經驗，灌漿孔封堵焊前出現滲水時，常規的堵漏方法是借助于設計墊圈、在絲堵上纏麻條或聚氯乙烯帶、速凝水泥、及氣體火焰驅水等。此外，對于混凝土澆筑孔和個別焊后滲水的劣質焊縫返修焊，用上述方法止水多半成為不可能，只能用氣體火焰驅水。當止水無效甚至因焊件受熱變形導致滲水量反倒增加時，則往往采取斷續焊方法，使間隙逐漸縮小直至消失。這樣，焊縫塑性必然很差。

也有將封堵焊分為兩步：第一步加焊輔助堵板封水，第二步進入正式封堵焊。例如，有的工程用厚度5mm、中間帶有M6螺孔的輔助堵板替換原墊圈，螺孔內插入塑料管，用膠泥密封，將水引出。對輔助堵板密封焊，拔出塑料管，旋入沉頭螺釘止水，再正式封堵焊。還有其他類似方法，如在灌漿塞中間鉆孔、最后再將其縫堵。顯然，這類方法較麻煩，更不適于灌漿孔數量多的場合。

1.3 頂水焊施工工藝設想

通過查閱有關水電站壓力鋼管灌漿孔封堵的資料，結合工程實際現場情況，決定采用先有效封水，再實施結構焊接的方式。首次將專用于水下（海水或淡水）焊接的一般結構鋼焊條TS202引用到水電工程建設中。焊條TS202低碳鋼芯，鈦鈣型藥皮，直流電源，有防水藥皮。因熔敷金屬塑性較低，故只用作打底、封水。其余層用J507RH高韌性超低氫焊條。這樣實施既有效達到避免滲水對焊接效果的影響，又能保證焊縫的力學性能。

2 焊接試驗評定

通過選用鋼結構相同材質材料Q345D鋼板，在模擬水環境下進行焊接工藝評定試驗。

2.1 試板尺寸

試板長度為400mm。寬度、厚度和坡口形式如圖1所示。

圖1 試件尺寸

用扁鋼圍起對口（見假想線）、密封焊。注入水，沒過坡口5mm深。

2.2 焊接材料

打底焊條用TS202、?3.2。直流反接。電流110～150A；其余層用J507RH、?3.2。直流反接。電流100～140A。焙烘350℃、1h。

2.3 試板裝配焊接

（1）將試板剛性固定。試板裝配后檢查和記錄相關尺寸。

（2）氣體火焰預熱60～80℃。

（3）用TS202焊條打底。焊縫兩端各留約5mm不焊。打底焊厚度2.5～3mm。拖拉運條，連弧焊，劃圈收弧。在焊接中預熱不停頓。

（4）打底焊后、焊次層前，保持焊縫上無水，但焊縫下有水。清渣。

（5）緊接著用J507焊條焊3層。蓋面層應分兩道。

2.4 試樣機械試驗及合格標準

拉伸試驗：斷于母材（ASME要求），或抗拉強度≥470N/m2（DL/T5017 —2007《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規范》要求）。

彎曲試驗：彎軸直徑40mm、冷彎角180°。拉伸面上任何方向不得有單條長度大于3mm的裂紋和缺欠，但棱角開裂一般不計。

在背彎時，當彎曲到90°后，對拉伸面進行檢查。如果未開裂，則繼續彎曲。每隔30°檢查一次。

如果背彎不合格，則將兩個備用背彎試樣，按照API 1104美國石油學會標準要求（彎軸直徑70mm、冷彎角180°），重新試驗。

2.5 試樣檢查結果

焊接完成后對試樣進行拉伸和彎曲試驗，試驗結果合格，可用于進一步的灌漿孔封堵施工，見表1和圖2～圖5。

表1 檢查結果匯總表Tab.1 Welding of pipelines and Related Facilities

圖2 向試件坡口內注水

圖3 打底焊邊預熱邊焊接

圖4 測量層間溫度

圖5 焊接接頭力學試驗試樣

3 工程應用實施

3.1 壓力鋼管灌漿孔封堵焊接

如圖6灌漿孔結構，進行焊接封堵。鋼管材質為Q345D、厚度為34、44mm和54mm；封堵塞材質為16Mn。

用TS202、?3.2mm防水焊條打底焊、封水。其余層采用J507RH、?3.2mm或?2.5mm焊條。

圖6 灌漿孔結構圖

（1）施焊準備：按要求裝配好灌漿塞，準備除水用具。除水工作貫穿焊接作業始終。

（2）預熱：預熱用氧-乙炔火焰外焰，力求加熱均勻。預熱溫度為60～80℃，焊接過程預熱不間斷。

（3）裝配和定位焊：灌漿塞旋入后，若裝配間隙超過3mm，則將灌漿塞擰出，用J507RH焊條在灌漿塞側進行預堆邊焊，將間隙縮小至約1mm。用TS202焊條在間隙小的部位定位焊。

（4）封堵焊：先用TS202焊條打底焊。打底焊清渣后，用J507RH焊條焊2～3層（焊層數視實際坡口狀況而定）。

（5）緊急后熱：焊接結束立即用氣體火焰加熱3min以上，接著將堵頭上卡裝用凸臺割除，割除過程即后熱的延續。

（6）修磨：將割除凸臺的余茬連同焊縫一起修磨。修磨后進行檢驗。

3.2 閘門底板澆注混凝土孔封堵焊接

如圖7所示，尾水事故閘門門槽底板總共有150個混凝土孔，用于底板安裝焊接完成后，混凝土澆筑。混凝土固結灌漿后，用封堵板將混凝土孔焊接密封（見圖8）。

圖7 尾水事故閘門門槽底板混凝土孔

尾水事故閘門底板材質為Q345D，板厚25mm，混凝土孔封堵板材質為Q345D，板厚為25mm。采用單邊坡口形式。封堵板與混凝土孔的坡口形式如圖8所示。

如圖9所示，焊接過程中用TS202焊條進行定位焊和打底焊，焊接順序為：先進行對1、2、3段焊縫焊接，最后對第4段焊縫封焊。除定位焊和打底焊按TS202焊條焊接工藝實施，其他焊接工作按正常焊接工藝實施。

圖8 封堵板與混凝土孔的坡口

圖9 焊接順序示意圖

4 實施成效

通過采用頂水焊焊接工藝進行蒲石河抽水蓄能電站鋼結構的灌漿孔封堵，灌漿孔封堵焊縫的驗收合格率100%。通過采用新工藝，按9300個焊孔測算節約工程費用196.85萬元；按同樣10組工人同時施工計算，測算節約時間271天。用該新工藝完成施工至今已5年多，經受了引水、尾水系統的充、排水試驗和機組運的考驗。

通過實踐證明，頂水焊焊接工藝可用于水電站地下廠房鋼結構三類焊縫帶水封堵焊接頭，包括壓力鋼管及尾水鋼管預留灌漿孔與補充灌漿孔、閘門埋件澆筑混凝土孔與補充灌漿孔、尾水肘管預留灌漿孔，以及其他焊后滲水的三類劣質焊縫返修焊等，對其他同類型工程具有借鑒意義。

[1]郭熔.響洪甸蓄能電站閘門槽混凝土貫穿性漏水處理施工技術應用分析[J].水電與抽水蓄能.2016，2（2）：50-55.

[2]夏智翼.胡云鶴.某抽水蓄能電站水毀面板修復灌漿施工[J].水電與抽水蓄能.2015，1（3）：12-14.

[3]高蘇杰.抽水蓄能的責任[J].水電與抽水蓄能.2015，1（1）：1-7.

溫占營（1984—），男，本科，工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站建設管理、運維工作。E-mail：zhizaishuidian@126.com

陶迎新（1982—），男，本科，工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站水機管理。

李明凱（1988—），男，本科，助理工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站管理工作。

Welding in Water Environment about Holes of Steel Filling in Pushihe Pumped Storage Power Station

WEN Zhanying，TAO Yingxin，LI Mingkai
（Liaoning Pushihe Pumped Storage Co.，Ltd.， Dandong 118216，China）

This article briefly describes，holes of steel Filling and holes of concrete pouring in moist and seepage environment caused by groundwater， in underground powerhouse，if closure in welding，we consider avoid the effects of water environment， process and outcome about adoption welding in water environment.

holes of steel Filling; holes of concrete pouring;closure; welding in water

重大項目：國家發展改革委標準蒲石河抽水蓄能電站（發改能源〔2005〕1407號）。