某電站HD780CF 材質(zhì)蝸殼管節(jié)現(xiàn)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(shè)計的發(fā)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(yīng)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(diào)度功能。 水輪機蝸殼共有25節(jié)管節(jié)需現(xiàn)場組拼、焊接，另外設(shè)置有2 節(jié)湊合節(jié)（湊合節(jié)需待現(xiàn)場其余管節(jié)安裝焊接完成后根據(jù)測量實際情況進行配割量調(diào)整，用于彌補管節(jié)卷板制造及安裝作業(yè)時出現(xiàn)的安裝誤差），包角為295°，材質(zhì)為HD780CF，管節(jié)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(xiàn)場拼裝

2.1 施工準備

（1）根據(jù)蝸殼設(shè)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?shù)截浐螅\輸加固位置、內(nèi)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(jié)管節(jié)拼裝坡口和焊接區(qū)域其間的油污、漆膜、污垢、繡花、毛刺等都要保持在20 mm 以內(nèi)。

（4）根據(jù)蝸殼設(shè)計圖紙的管節(jié)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(jié)拼裝平臺。

2.2 瓦塊拼裝

該電站水輪機蝸殼管節(jié)需現(xiàn)場拼裝后吊裝的共25 節(jié)，管節(jié)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(jié)~第14節(jié)由3 片瓦塊組拼而成，第15 節(jié)~27 節(jié)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(shè)置了一個拼裝焊接平臺，并使用550 t 橋機對瓦塊和管節(jié)進行了精確的拼裝和吊裝，以確保每一節(jié)的安裝合格。蝸殼瓦塊拼裝順序按照掛裝管節(jié)順序進行。

首先根據(jù)拼裝管節(jié)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(jié)蝸殼中間瓦塊吊放到鋼平臺底樣位置，然后將兩側(cè)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(diào)整，由于HD780CF 蝸殼材質(zhì)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(jié)單節(jié)的C 型開口G 偏差為+2 mm~+6 mm；

蝸殼管節(jié)單節(jié)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(jié)單節(jié)直徑D偏差為±0.002D；

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

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

蝸殼管節(jié)單節(jié)管口平面度≤3 mm。

2 片瓦塊的管節(jié)同3 片瓦塊的管節(jié)組拼方法相同。

2.3 管節(jié)內(nèi)支撐安裝

蝸殼管節(jié)縱縫焊接完成后應(yīng)先根據(jù)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(nèi)部質(zhì)量檢查合格后，再次檢查蝸殼管節(jié)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(yīng)符合本文2.2要求。滿足要求后加裝內(nèi)支撐，加固前使用加熱板或火焰對焊接區(qū)域進行局部預熱（管節(jié)加固示意如圖1），與蝸殼管壁焊接的支撐節(jié)點板材質(zhì)應(yīng)與蝸殼管節(jié)材質(zhì)相同或相近，不然應(yīng)采用與焊接蝸殼管節(jié)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(zhì)的支撐節(jié)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(nèi)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(zhì)控制

參加蝸殼縱縫焊接工作的焊工應(yīng)符合以下任何一項要求，其資格證書等資料將報監(jiān)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(guī)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(guī)程》的培訓。

（2）擁有中國質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的鍋爐、壓力容器焊接技能認證，并且需在有效期內(nèi)使用。

（3）擁有符合國家規(guī)定的焊接資質(zhì)認證。

3.2 無損檢測人員資質(zhì)控制

參與蝸殼無損檢測的人員必須具備相關(guān)的資質(zhì)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(shù)資質(zhì)，達到Ⅱ級及以上標準。

（3）中國機械工程學會頒發(fā)的無損檢測資格證書。

操作人員應(yīng)能夠勝任相關(guān)工作，能夠?qū)缚p質(zhì)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(jié)蝸殼拼裝縫由2 名焊工對稱、多層、多道焊接（管節(jié)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(cè)焊滿坡口深度2/3 后，背面清根，打磨，焊縫經(jīng)目測檢查和PT 或 MT 探傷合格后，兩側(cè)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(zhì)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(yīng)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(cè) 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(zhì)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(yīng)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(yīng)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(yīng)遵循傳統(tǒng)的正向焊工藝流程。

（7）為了保證質(zhì)量，建議在進行基礎(chǔ)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(shù)，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(jīng)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(shù)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(shè)備和指示儀表需確認檢定，并在檢定合格有效期內(nèi)。保管員在記錄焊條烘干過程中，必須提供有關(guān)焊接材料的牌號、批號、規(guī)格、數(shù)量、烘干溫度、時間以及烘干次數(shù)等詳細信息。

（3）領(lǐng)用焊條時，帶好保溫桶，根據(jù)焊工當日半天用量領(lǐng)取焊條，最多數(shù)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(yīng)重新烘干。焊工每次只允許領(lǐng)取一個爐批號的焊條，禁止同一焊工一次領(lǐng)取不同批號焊條。焊條保管人員建立焊條發(fā)放臺賬，記錄好當天所發(fā)放的焊條，內(nèi)容包括：臺份號，蝸殼管節(jié)項號、焊材型號、規(guī)格、數(shù)量、爐批號、領(lǐng)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(yīng)進行記錄，并將退回焊條與庫存焊條區(qū)別存放，此存放區(qū)應(yīng)做出明確標識。所有其他要求必須遵守JB/T 3223《焊接材料質(zhì)量管理規(guī)程》的規(guī)定，以確保質(zhì)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(yīng)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(shù)

依現(xiàn)場蝸殼焊接工藝評定及焊接工藝參數(shù)進行施焊，焊接過程中應(yīng)嚴格遵循現(xiàn)場焊接工藝評定參數(shù)和焊接工藝參數(shù)執(zhí)行。焊接工藝參數(shù)如表2。

表2 蝸殼焊接工藝參數(shù)表

4 蝸殼焊縫質(zhì)量檢查

蝸殼管節(jié)拼裝質(zhì)量控制貫穿于從拼裝至管節(jié)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(shù)人員、質(zhì)檢人員共同進行。所有蝸殼焊縫經(jīng)焊工自檢完畢后，還應(yīng)用記號筆將自己的焊工代號記錄在焊縫邊緣，以便質(zhì)檢員進行檢查和探傷。

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

經(jīng)過48 h 后檢查，發(fā)現(xiàn)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(jīng)過精細的打磨和MT 探傷，以確保質(zhì)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(zhí)行標準表

5 水輪機蝸殼管節(jié)組拼及焊接質(zhì)量控制

為了確保大型水電站水輪機蝸殼管節(jié)組拼與焊接的質(zhì)量，需對施工人員進行全面的技術(shù)指導，包括但不限于對其生產(chǎn)流程的詳細說明。此外，還需要嚴格執(zhí)行班前會的規(guī)定，并對員工的技能水平進行全面的培訓。在每日蝸殼管節(jié)組拼及焊接工作之前召開班前會，作業(yè)隊長和現(xiàn)場技術(shù)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(zhí)行監(jiān)督，以防止因粗心大意而導致的質(zhì)量問題。在單個工序施工完成和單項工程施工完成后，由質(zhì)量管理部門對施工質(zhì)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(zhí)行質(zhì)量控制檢查計劃，對不滿足質(zhì)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(xiàn)的質(zhì)量安全隱患，如發(fā)現(xiàn)問題當場糾正，及時整改，將潛在的質(zhì)量風險消滅在萌芽狀態(tài)，確保蝸殼管節(jié)組拼及焊接過程有序開展。為后續(xù)蝸殼安裝制定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

通過對大型水電站HD780CF 材質(zhì)蝸殼施工要求總結(jié)，全過程多方位的介紹了蝸殼管節(jié)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(zhì)量，為同類型電站機組安裝提供參考及借鑒。