錦屏二級(jí)水電站壓力鋼管加勁環(huán)的拼裝及焊接施工

盧曉亮

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 概述

錦屏二級(jí)水電站地下廠房引水隧道壓力鋼管制作工程，包含鋼板下料、卷制、加勁環(huán)制作、焊接等工序，總量約為21000t。其中加勁環(huán)制作工程量約為3500t。

錦屏二級(jí)水電站壓力鋼管管節(jié)設(shè)計(jì)為3m/節(jié)，直徑6.5m，板厚20mm～48mm。管節(jié)設(shè)置3道加勁環(huán)，間隔1m，板厚20mm～38mm。

目前水電站壓力鋼管加勁環(huán)組拼，通常采用在鋼管管壁母材上點(diǎn)焊三角楔鐵作為臨時(shí)工裝，待加勁環(huán)安裝完畢后將三角楔鐵割除，然后用角磨機(jī)打磨母材焊疤。該施工方法對(duì)壓力鋼管母材性能有不良影響，同時(shí)打磨焊疤也增加了人工和輔材用量，降低了壓力鋼管制作工效。為此，錦屏二級(jí)水電站地下廠房壓力鋼管制作工程，研制出一種新型的加勁環(huán)組拼工裝，在組裝施工時(shí)既可避免在母材上點(diǎn)焊，同時(shí)還能有效降低人工和輔材的消耗，有效提高了壓力鋼管的制作效率。

2 加勁環(huán)拼裝

2.1 加勁環(huán)拼裝工裝設(shè)計(jì)

加勁環(huán)拼裝定位工裝利用壓力鋼管制作后的廢棄材料加工，加勁環(huán)組拼所需定位工裝數(shù)量根據(jù)壓力鋼管直徑確定，一般為4個(gè)以上的偶數(shù)數(shù)量。壓力鋼管縱縫焊接完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，將定位工裝安裝于壓力鋼管管節(jié)指定位置(一般為加勁環(huán)與壓力鋼管貼合部位串漿孔位置)，再進(jìn)行加勁環(huán)的組拼。加勁環(huán)組拼完成后，工裝從加勁環(huán)串漿孔取出，再循環(huán)利用。

加勁環(huán)拼裝工裝結(jié)構(gòu)部分見(jiàn)圖1、圖2。圖中各尺寸按單節(jié)鋼管長(zhǎng)3000mm、鋼管內(nèi)徑6500mm、布置三層加勁環(huán)設(shè)計(jì)，如單節(jié)鋼管長(zhǎng)度、鋼管內(nèi)徑、加勁環(huán)數(shù)量發(fā)生變化，則各尺寸也相應(yīng)改變。

圖1 工裝安裝平面圖

圖2 工裝安裝立面圖

下面結(jié)合圖1、圖2對(duì)本工裝結(jié)構(gòu)4個(gè)整體部分進(jìn)行說(shuō)明:

(1)上端貼壁連接部分Ⅰ，用于支承第一、二層加勁環(huán)和連接下端卸扣，定位平插連接板和間距連接條;

(2)下端卸扣部分Ⅱ，用于第三層加勁環(huán)拼裝，定位平插連接板和間距連接條;

(3)平插連接板Ⅲ，防止加勁環(huán)凸、翹，穩(wěn)定加勁環(huán)平面度;

(4)間距連接條Ⅳ，支撐加勁環(huán)，用于增加加勁環(huán)和整體工裝的穩(wěn)定性和安全性。

2.2 加勁環(huán)組拼程序

2.2.1 定位工裝制作。利用壓力鋼管制作后的廢棄材料按附圖1、圖2加工16個(gè)工裝，加工工裝時(shí)，需考慮加勁環(huán)板厚尺寸。單個(gè)工裝中最大單件重量10.6kg，組裝后總重量24.8kg。

2.2.2 定位工裝安裝。鋼管縱縫焊接完成，利于人工或現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備將16個(gè)工裝安裝于鋼管管節(jié)16個(gè)加勁環(huán)串漿孔位置。先將工裝上端貼壁連接部分Ⅰ均布于管節(jié)上端口，按圖紙具體尺寸進(jìn)行定位，扭緊上端部調(diào)節(jié)滿絲螺栓，將下端切口部分Ⅱ套入上端貼壁部分Ⅰ的卡槽扣上，然后使加勁環(huán)支承三角件全部展開(kāi)，并用插銷鎖死，安裝平插連接板Ⅲ和間距連接條Ⅳ后便可安裝加勁環(huán)。

2.2.3 加勁環(huán)組拼。利用現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備將加勁環(huán)吊放至工裝三角件上部，利用千斤頂、大錘等輔助工具按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行加勁環(huán)與鋼管的拼裝，加勁環(huán)拼裝到位后與鋼管管壁點(diǎn)焊牢固。

2.2.4 定位工裝拆除。將三角件下側(cè)插銷拔出，將三角件折疊，上端貼壁部分Ⅰ和下端卸扣部分Ⅱ可從加勁環(huán)串漿孔取出。

2.2.5 定位工裝循環(huán)利用。取下工裝后，即可進(jìn)行加勁環(huán)與鋼管管壁之間的焊接，定位工裝隨即用于下一鋼管加勁環(huán)的組拼。

3 加勁環(huán)焊接

3.1 焊接參數(shù)選擇

選定NB－500型CO2氣體保護(hù)焊機(jī)作為正式焊接用設(shè)備，要求其設(shè)備靜、動(dòng)態(tài)特性盡量相同或相近。其焊接參數(shù)為:空載電壓。76V;電流調(diào)節(jié)范圍。20A～500A;工作電壓。15V～45V;送絲速度。2m/min～18m/min。

焊絲選CHW－50C6、φ1.2mm實(shí)芯焊絲。

3.2 焊縫坡口形式

焊縫的坡口形式見(jiàn)圖3，加勁環(huán)、止推環(huán)、阻水環(huán)角焊縫形式見(jiàn)圖4。

圖3 壓力鋼管加勁環(huán)對(duì)接焊縫坡口形式

圖4 加勁環(huán)、止推環(huán)、阻水環(huán)角焊縫

3.3 焊前準(zhǔn)備及要求

(1)凡參加壓力鋼管焊接的焊工，均應(yīng)按DL/T5017－2007的規(guī)定通過(guò)考試，并取得相應(yīng)的合格證;

(2)焊前應(yīng)了解被焊工件的施工要求、鋼材牌號(hào)，并據(jù)此確定焊接方法、焊接材料、規(guī)格等;

(3)施焊前，應(yīng)將坡口及其兩側(cè)10mm～20mm范圍內(nèi)的氧化物、熔渣、油垢、水跡清除干凈;

(4)檢查定位焊縫是否符合規(guī)定要求，定位焊上的裂紋、氣孔、夾渣等缺陷均應(yīng)清除;

(5)檢查焊縫的邊口是否平整，如果錯(cuò)邊量大于規(guī)定值，則通知裝配工返工，將板列做平;

(6)檢查焊縫的間隙，如發(fā)現(xiàn)不符合要求，應(yīng)及時(shí)返修，否則不得施焊。

3.4 焊接技術(shù)要求

(1)焊接環(huán)境出現(xiàn)下列情況時(shí)，應(yīng)采取有效的防護(hù)措施，無(wú)防護(hù)措施時(shí)，應(yīng)停止焊接工作:①風(fēng)速大于2m/s;②相對(duì)濕度大于90%;③雨雪環(huán)境;④環(huán)境溫度－10℃以下;

(2)加勁環(huán)安裝時(shí)，每條角焊縫應(yīng)同時(shí)對(duì)稱進(jìn)行施焊;

(3)焊縫(包括定位焊縫)焊接時(shí)，應(yīng)在坡口內(nèi)引弧、熄弧，熄弧時(shí)應(yīng)將弧坑填滿，多層焊的層間接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)25mm以上;

(4)定位焊縫長(zhǎng)度在50mm以上，厚度不大于8mm，其間距約為400mm;

(5)正面焊接后，將反面焊縫采用碳弧氣刨進(jìn)行清根，打磨干凈并認(rèn)真檢查，保證無(wú)缺陷后再進(jìn)行焊接。對(duì)需預(yù)熱后焊接的鋼板，應(yīng)在清根前預(yù)熱;

(6)每條焊縫應(yīng)一次連續(xù)焊完，不得中斷，層間溫度控制在150℃～230℃范圍內(nèi)。因特殊情況必須中斷焊接時(shí)，應(yīng)采取焊縫保溫及其他防止裂紋的方法與措施。在重新焊接前，應(yīng)將表面清理干凈，確認(rèn)無(wú)裂紋后，方可按原工藝?yán)^續(xù)施焊。

3.5 焊接主要控制要點(diǎn)

(1)全自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊工必須具有相當(dāng)?shù)碾娀『咐碚撝R(shí)和手工焊基礎(chǔ)，經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)考核取得相應(yīng)的資質(zhì)，并根據(jù)平時(shí)焊績(jī)狀況決定本人的工作范圍;

(2)保證坡口角度和坡口直線度，應(yīng)保證坡口角度不小于60°，坡口直線度≤1mm/m;

(3)保證焊縫對(duì)裝質(zhì)量，坡口錯(cuò)牙應(yīng)小于0.5mm，間隙為3mm～4mm;

(4)保持正確的焊槍行走角，焊絲軸線相對(duì)于焊縫中心線的角度和位置會(huì)影響焊道的形狀和熔深，焊絲軸線與焊縫中心線的夾角稱為焊槍行走角，此角度一般應(yīng)為60°～80°;

(5)整個(gè)焊接過(guò)程中必須保持脈沖焊接方式;

(6)保證氣體的純度和比例。一般CO2氣體純度應(yīng)不低于99.5%，Ar氣體純度應(yīng)不低于99.99%，氣體比例為:20%CO2+80%Ar，Ar氣體比例可適當(dāng)提高;

(7)在使用CO2前最好將CO2瓶倒置2h以上，然后放掉水份再使用;

(8)焊接位置采用立焊位，焊縫預(yù)熱溫度為120℃～150℃，預(yù)熱區(qū)的寬度應(yīng)為焊縫中心線兩側(cè)各3倍板厚且不小于100㎜，其溫度測(cè)量在距焊縫中心各50㎜處對(duì)稱測(cè)量，每條焊縫測(cè)量點(diǎn)間距不大于2m，且不少于3對(duì);

(9)焊后立即進(jìn)行后熱處理，后熱溫度為150℃～200℃，保溫時(shí)間不少于1h小時(shí)。

3.6 焊接工藝參數(shù)

焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表1、表2、表3、表4。

表1 加勁環(huán)(16MnR)對(duì)接平焊(1)

表2 加勁環(huán)(16MnR)對(duì)接平焊(2)

表3 加勁環(huán)(16MnR)對(duì)接仰焊

表4 加勁環(huán)(16MnR)與管壁間平角焊

4 焊接質(zhì)量檢測(cè)

4.1 外觀質(zhì)量檢測(cè)

所有焊縫焊完后，均由焊工本人自檢。Ⅰ、Ⅱ類焊縫自檢合格后，應(yīng)在焊縫兩側(cè)距接頭50mm范圍內(nèi)打上該焊工代號(hào)，并做好記錄。外觀自檢標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

表5 焊縫外觀檢查項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)

焊縫焊完后，焊工應(yīng)將所有焊道上異物清除干凈。所有焊縫完成后，應(yīng)由專職質(zhì)檢員作表面檢查，并作好記錄。

4.2 內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)

內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表6)，

表6 內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

4.3 焊接缺陷處理

(1)焊件表面被電弧、碳弧氣刨及氣割損傷處和焊疤應(yīng)修磨平整;

(2)當(dāng)焊縫有不允許缺陷時(shí)，應(yīng)按下列要求進(jìn)行返修:

①焊縫有不允許的表面缺陷，允許焊工自行返修，但對(duì)表面裂紋不得擅自處理，應(yīng)及時(shí)報(bào)告焊接技術(shù)人員和焊接質(zhì)量檢查人員;

②內(nèi)部缺陷、表面裂紋返修前，應(yīng)認(rèn)真分析原因，制定切實(shí)可行的返修方案，經(jīng)技術(shù)主管審批并經(jīng)監(jiān)理人同意后，方可進(jìn)行返修;

③焊縫缺陷應(yīng)采用焊縫氣刨、風(fēng)鏟、砂輪或其它機(jī)械方法清除，清除長(zhǎng)度應(yīng)比缺陷范圍兩端各長(zhǎng)50mm。嚴(yán)禁用電弧或氣割火焰熔除;

④低合金鋼同一部位返修次數(shù)不得超過(guò)兩次，高強(qiáng)鋼不宜大于1次。如超過(guò)規(guī)定次數(shù)，應(yīng)找出原因，制定可靠的技術(shù)措施，報(bào)送監(jiān)理人批準(zhǔn)后實(shí)施，并作好記錄。

5 結(jié)語(yǔ)

錦屏二級(jí)地下廠房壓力鋼管制作加勁環(huán)拼裝、焊接，已完成的單元工程質(zhì)量評(píng)定均為優(yōu)良，合格率100%、優(yōu)良率均達(dá)到96.7%。其中，焊接一、二類焊縫經(jīng)第三方(水利部鄭州質(zhì)檢中心)超聲波無(wú)損探傷檢測(cè)，一次合格率100%，返修率0，三類焊縫全部合格。

錦屏二級(jí)水電站地下廠房壓力鋼管制作于2009年6月初正式開(kāi)始生產(chǎn)，于2012年底結(jié)束生產(chǎn)，所有管節(jié)現(xiàn)場(chǎng)安裝均已完成，期間未出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，節(jié)約了大量人、材、機(jī)成本。