探析水电站钢岔管安装焊接工艺

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摘要:厄瓜多尔索普拉多拉水电站钢岔管采用600MPa级高强钢板，材质为WDB620GrC调质钢，现场采取洞内瓦片组拼、焊接的方法，使用药芯焊丝气体保护焊(FCAW－G)方式，对应编制焊接工艺，取得了良好效果。

关键词:水电站;钢岔管;焊接工艺

1概述

厄瓜多尔保特－索普拉多拉水电站高压管道岔、支管段压力钢管全部采用600MPa级高强钢板，材质为WDB620GrC调质钢，钢管最大内径为6．10m，最小内径为2．2m。其中，岔管总重量157t，1#岔管公切球直径为5．4m，壁厚分别为64mm、60mm、56mm和52mm4种规格;1#与2#岔管连接段管节直径为3．8m;2#岔管公切球直径为4．4m，壁厚分别为52mm、48mm、44mm和40mm4种规格;加劲环板厚为30mm，岔管月牙肋板厚度为128mm。

2焊接设备及焊接材料选用

2．1正式焊接对焊接设备的要求

焊接设备必须具有参数稳定、调节灵活、静、动态特性好和安全可靠等性能，并能满足焊接规范需要。焊接设备上的电流表、电压表应定期检定，规范参数调节装置应定期检查，以保证其正常工作。

2．2焊接材料

WDB620GrC钢焊接材料的选择首先要保证其熔敷金属的化学成分要与母材相当，S、P等杂质元素的含量要控制很低，使焊缝金属有良好的抗氢致开裂性能及良好的塑性;其低温冲击韧性要满足相关技术文件要求。综合这些因素，选择美国生产的直径φ1．2mm的TM－811N2(AWSA5．29:E81T1－Ni2MJH4)药芯焊丝。

3焊前现场准备

3．1焊前准备及要求

1)焊前应了解被焊工件的施工要求、钢材牌号，并据此确定焊接方法、焊接材料、规格等。

2)施焊前，应将坡口及其两侧10～20mm范围内的氧化皮、铁锈、油污及其它杂物等清除干净，并将坡口打磨出金属光泽。对母材部分的缺陷作彻底的打磨处理，并作好记录，每一焊道焊完后及时清理，检查合格后再焊接。

3)采用热切割方法形成的切割面表面淬硬层、过热组织等用砂轮磨除，磨削层厚不小于0．8mm。切割时造成的坡口沟槽深度不应大于0．5mm，当在0．5～2mm时，应采用砂轮进行打磨;当大于2mm时，应按要求进行焊补后磨平。

4)检查定位焊缝是否符合规定要求，定位焊上的裂纹、气孔、夹渣等缺陷均应清除。

5)检查焊缝的边口是否平整，如果错边量大于规定值，则通知装配工返工，将板列做平。错台采用卡具校正，不得用锤击或其他损害钢板的器具校正。

6)检查焊缝的间隙，如发现不符合要求，应及时返修，否则不得施焊。

3．2其他准备工作

1)设置测量焊接变形参考点。

2)准备测量焊接弧度的样板。

3)准备各项焊接辅助设施。

4焊缝分类

1)岔管管壁纵缝、环缝、岔管加强构件的对接焊缝、加强构件与管壁相接处的组合焊缝为一类焊缝。

2)加劲环的对接焊缝为二类焊缝。

3)加劲环与管壁间的角焊缝为三类焊缝。

4)焊接程序。1#岔管和2#岔管均分节进行制作，在厂内完成每一管节纵缝的焊接及加劲环的装配与焊接，完成月牙肋板的拼装及对接焊缝的焊接，并在厂内将2个岔管各节分别进行整体试拼装(月牙肋板不安装)，对岔管各节管口尺寸进行调整，合格后，将岔管再拆成单节，将单节岔管和月牙肋板分别运往工地现场进行安装。在安装现场将岔管组装成整体(包括安装月牙肋板)后，先焊接岔管肋板区域的各管节的安装环缝、再焊接肋板与管壁相接处的组合焊缝、焊接月牙肋板部位加劲环的对接焊缝、向下游方向焊接岔管本体与岔管各管节及支管的安装环缝、最后向上游方向焊接岔管本体与岔管各管节及下平管的安装环缝。

5)钢管纵缝焊接。钢管纵缝采用X型坡口双面焊。纵缝焊接时采用富氩气体保护、药芯焊丝焊接工艺。纵缝焊接前，将焊缝处预热，先焊内缝，然后将外缝用砂轮机清根，并清理干净后焊接外缝，以适应焊接收缩原理，使钢管纵缝弧度尽可能平滑过渡。

6)加劲环装配及焊接。管节椭圆度经检查达到规范要求后，方可安装加劲环。加劲环装配前，人工在管节上划出安装线，然后分块安装，点焊在管壁上。安装时要严格控制以下三个方面:加劲环的对接焊缝应与钢管纵缝错开100mm以上;加劲环的内圈弧度与钢管外壁之间局部间隙不大于3mm;加劲环垂直于管壁。加劲环分块对接缝与角焊缝均采用药芯焊丝富氩气体保护焊。

7)现场安装环缝焊接。①在现场焊接管节环缝前，应校测管节位置和管口圆度，若发现其安装偏差超过规定，应及时纠正，并经监理检查认可后，才准施焊。每条焊缝应连续完成，不得中断。因特殊情况必须中断，应采取焊缝保温及其他防止裂纹方法与措施。②安装环缝应依次施焊，禁止隔缝施焊，以控制焊接应力。③环缝焊接时，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限各布置1名焊工同步对称施焊。④焊前预热和后热消氢处理采用自动温控仪配远红外电加热器进行加热。

5焊接工艺要求

5．1焊前预热

1)定位焊缝和主缝均应预热(定位焊缝预热温度较主缝预热温度提高20℃～30℃)。WDB620钢板焊接主焊缝预热温度为100～120℃。

2)定位焊缝采用氧乙炔火焰进行预热，主焊缝采用履带式陶瓷加热器进行预热，预热时需均匀加热，预热区的宽度为焊缝中心线两侧各3倍板厚，且不小于100mm。

3)预热温度测量使用自动温控仪及远红外测温枪配合。在距焊缝中心线各50mm处对称测量，每条焊缝测量点间距不大于2m，且不少于3对。4)在焊接过程中保持预热温度;层间温度不应低于预热温度，WDB620高强钢不高于200℃。

5．2焊后后热

1)后热处理在焊后立即进行，WDB620钢后热温度为180℃～200℃，保温1h以上，加热及冷却速度不大于80℃/h。

2)温度测量使用自动温控仪配合远红外测温枪。

3)加劲环安装时，每条角焊缝应同时对称进行施焊。

4)焊缝(包括定位焊缝)焊接时，应在坡口内引弧、熄弧，熄弧时应将弧坑填满，多层焊的层间接头应错开25mm以上。

5)每条焊缝应一次连续焊完，当因故中断焊接时，应采取防裂措施。在重新焊接前，应将表面清理干净，确认无裂纹后，方可按原工艺继续施焊。

6)定位焊缝长度在50mm以上，厚度不大于8mm，其间距约为400mm。

7)正面焊接后，将反面焊缝采用砂轮磨光机进行清根，打磨干净并认真检查，保证无缺陷后再进行焊接。对需预热后焊接的钢板，应在清根前预热。

8)焊接过程中应控制层道间温度不低于预热温度，WDB620高强钢不高于200℃。

6焊接质量检测

6．1外观质量检测内容

所有焊缝焊完后，均由焊工本人自检，I、Ⅱ类焊缝自检合格后应在焊缝两侧距接头50mm范围内打上该焊工代号，并做好记录。焊缝焊完后，焊工应将自己所有焊道上异物清除干净。所有焊缝完成后应由专职质检员作表面检查，并作好记录。

6．2焊缝无损探伤及合格标准

1)焊缝无损探伤应在焊缝外观质量检验合格，且焊接完成48h以后进行。

2)焊缝无损探伤应由持有合法、有效且资格相当的人员承担;焊缝质量评定应由持有Ⅱ级或Ⅱ级以上资格证的人员担任。

3)无损探伤方法和比例。焊缝内部探伤采用MT+三维UT探伤方法进行检查及抽查复检。焊缝内部无损探伤长度占焊缝全长的百分比应不少于相关规定。焊缝局部无损探伤若发现有不允许缺欠，应在缺欠的延伸方向或在可疑部位作补充探伤检查;若经补充探伤仍发现有不允许缺欠，则应对该焊工在该条焊缝上所施焊的焊接部位或整条焊缝进行探伤。

7焊接缺陷处理

1)钢管管壁表面被电弧损伤及焊疤应修磨平整。

2)WDB620高强钢管壁表面应尽量避免损伤。若有损伤，应采用砂轮打磨，使其均匀过渡到母材表面，打磨深度应≤2mm，否则应予以补焊，并在补焊后用角磨机打磨平滑。处理程序为:对凹坑处进行打磨→预热(高强钢)→焊补→打磨→外观检验→表面探伤(高强钢)。

3)焊缝外形尺寸和外观质量不符合规定时，允许焊工自行返修，但表面裂纹不得擅自处理，应及时申报焊接技术人员。

4)焊缝存在不允许的表面裂纹和内部焊接缺陷时，返修前，应认真分析焊接缺陷产生的原因，并制订返修工艺和预防措施。

5)焊接缺陷的返修应按下列要求进行:①一、二类焊缝的焊接缺陷的返修应由持有效合格证书且技能水平较高的焊工承担。②局部焊缝返修时的预热温度应比原焊缝高20℃～30℃。③返修时所采用的焊接工艺应与原焊缝相同。④焊接缺陷的清除采用碳弧气刨和砂轮打磨的方法，不允许采用电弧或气割火焰熔除。⑤焊接缺陷彻底清除后，不允许有毛剌和凹痕，坡口底部应圆滑过渡。⑥WDB620高强钢管节焊缝同一部位返修次数不宜超过1次，应制定可靠的技术措施，并经专门研究后，方可焊补。返工后的焊缝，应用超声波探伤复查，焊缝表面采用MT检测。⑦返修后的焊缝应按原焊缝的质量要求和无损检测方法，对返修处及其两端延伸方向附近进行100%检查。

8结语

厄瓜多尔索普拉多拉水电站压力钢管及岔管分部工程已经通过分部工程验收，工程质量等级优良。且厄瓜多尔索普拉多拉水电站现已经完成了流道充水、机组甩负荷试验工作并顺利发电，钢岔管的焊缝质量在电站运行过程中得到了实际检验。事实证明，采用药芯焊丝气体保护焊(FCAW－G)的方式，并严格按照焊接工艺，钢岔管的焊接质量完全可以得到良好保证。

作者:汪应海 吴悠杨 单位:中国葛洲坝集团