浅谈巴贡电站压力钢管制作与安装的焊接

曹锋 郭蕾

摘要：压力钢管是目前大部分水电站的一个重要金结工程。焊接是压力钢管制作和安装的一道重要的工序，从某种意义上来讲，压力钢管的质量其实就是焊接质量。本文主要以作者亲身经历的马来西亚巴贡水电站压力钢管制作和安装的焊接为例，来分析一下压力钢管在焊接中容易出现的问题，以及怎样采用合理的工艺来保证焊接质量。

关键词：压力钢管 制作与安装 焊接 工艺

中图分类号：TU27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0057-02

巴贡水电站坐落在马来西亚沙捞越州的拉让江畔，是目前国外在建的最高混凝土面板堆石坝电站，号称马来西亚的“三峡工程”，同时也是中国水电建设集团总公司在建的国际工程的一号标志性工程。巴贡水电站引水隧道共8条，采用单管单机布置方式，每条隧洞上平段、渐变段组成，钢管直径为7m，壁厚28～42mm，钢管靠近厂房的部位通过弯管、斜锥管，直径从7m渐变4.85m管径与蜗壳相连接。最高水头约200m，管节总共为672节，总重量为11979.048t，总长度为1966.887m。压力钢管为地下埋管。钢板材质为16MnR。

1 根据以往常规的焊接方法焊接压力钢管容易出现的主要问题

1.1焊接裂纹

16MnR钢是用于生产锅炉压力容器的一种常用钢材，属低合金钢，具有良好的力学性能和焊接性，焊接时热裂纹倾向不明显，但具有一定的淬硬倾向，焊接时应主要防止冷裂纹。16MnR钢由于含有使钢材强化的C、Mn、V、Nb等元素，在焊接时易淬硬，这些硬化组织很敏感，因此，在刚性较大或拘束应力高的情况下，若焊接工艺不当，很容易产生冷裂纹。另外，焊接接头的应力状态也是引起冷裂纹的直接原因，而且这类裂纹有一定的延迟性，其危害极大。预防产生冷裂纹首先要严格控制焊接线能量，线能量过大会使焊缝热影响区奥氏体晶粒粗化，接头韧性下降，降低其抗裂性能。线能量过小，则冷却速度大，易淬硬而增大其冷裂倾向。

1.2未焊透

压力钢管的安装环缝采用的是带垫板V形坡口，由于下料、对装、制作纵缝焊接等因素，安装环缝时不可能完全保证根部的间隙，容易产生未焊透。

1.3不及逸出而形成的；夹渣是焊接时由于熔池的结晶速度较快，一些脱氧

脱硫产物来不及逸出就残存在焊缝中而形成的，它们都是在熔池金属结晶过程中产生的，它们的存在不仅削弱焊缝的有效截面，而且也带来应力集中，显著降低焊缝金属的强度和韧性，还会引起裂纹。

1.4焊接变形

这个问题主要产生在制作钢管时，由于钢管直径较大，我们采用的是3张瓦片拼装成单节钢管，但是个别瓦片由于卷制弧度过大或过小，就会使对装纵缝产生外凸或内凹的现象，如果焊接时控制不好焊接变形，就将无法保证钢管的圆度，那么在安装环缝时时，就会产生严重的错边现象。

2 焊接工艺制定

针对以上问题，我们制定了焊接工艺措施。

（1）除加劲环焊缝采用CO2焊接，其余制作与安装焊缝都采用手工电弧焊。

（2）根据母材材质，焊条选用E7018，焊丝选用ER70S-6。

（3）坡口形式：制作纵缝采用X形坡口，安装环缝采用带垫板的V型坡口。

（4）采用多层多道焊。

（5）具体工艺参数见表1。

3 具体实施焊接

（1）焊前准备。

①焊条在使用前必须烘干，烘干温度为350℃～400℃，烘干1h，然后放入恒温箱里保温。用时再领出放入保温桶里，随用随取。保温桶必须插好电源。

②焊前仔细清除焊缝坡口内，及坡口两边20mm范围内的铁锈、油污、水分等杂质。

③焊接环缝时采用3.2mm的焊条打底，在焊接前，必须保证根部最小间隙在3.2mm以上，如果小于3.2mm的位置，要用碳弧气刨枪扩宽，然后用磨光机打磨光滑，才能保证打底焊透。

④工艺规范要求超过32mm板厚，焊前应按照工艺指导书要求进行预热，温度范围为90℃～100℃。

（2）焊接顺序。

①制作焊接纵缝焊接顺序：每节管节纵缝由3人或者6人同时施焊，总体焊接方向向上，采用分段退步焊来控制焊接变形，如图1所示。另外在对装时我们要求铆工预留反变形，施焊时通常先在大坡口侧施焊，但焊工施焊前应根据实际对装情况确定从哪一侧开始。焊接过程中要同时监控管节弧度变形情况，变形过大时转到另一侧施焊。如果施焊时偏差过大，增加换侧频率来进行施焊，以控制变形。另外单节钢管高度为3m，在纵缝焊接时必须采用分段倒退法焊接，这样就保证了焊缝整体收缩量比较均匀，焊接后不会产生较大的变形。

②加劲环CO2焊接工艺顺序及具体熔敷顺序要求焊工在焊接前先进行焊缝仰焊加固焊接，然后焊接加劲环对接焊缝，再进行平角焊接熔敷，以控制加劲环的变形。要求每一道焊缝由偶数焊工以管节轴线为对称中心进行同方向退步焊接。

CO2焊接过程中的注意事项。

①尽量使焊枪电缆保持顺直状态下使用。焊枪电缆弯曲严重时，焊丝的供给性变差，电弧不稳定。

②焊接过程中，严禁用敲打焊枪的方式去清除附着在喷嘴内的飞溅物，喷嘴变形或受伤，气体保护效果恶化，施工中尽量使用防溅液或者防溅膏。

③严禁牵拉焊枪电缆移动送丝机，这样容易导致焊枪电缆的断线及机器故障。

④在风大的时候用屏风遮挡，这样焊接气体保护效果会好一点，防止出现气泡。

⑤若在封闭或者狭窄的作业场所要及时换气，避免引起一氧化碳中毒或者缺氧。

⑥焊接过程中注意CO2气体调节器和气管的连接不牢时，气体泄漏，喷嘴前端的气体流量减少，气体保护效果恶化，焊缝容易出现气孔。可以用肥皂水溶液等进行检查气体是否泄漏。

⑦注意保管焊丝不生锈，不附着污物，尤其在使用过程中要注意加防护焊丝措施，避免大量锈蚀污物造成焊接缺陷。

（3）环缝焊接顺序。

采用偶数焊工以管节上下中心线为对称中心，进行向上分段倒退焊接图2所示，尽量用相同的焊接规范参数，相同焊接层数进行焊接。

（3）焊接注意事项。

①选择合理的焊接参数并充分利用多层多道焊，这样使得后层焊道对前层起到了消氢和改善热影响区组织的作用，同时前层焊道的余热又相当于对后层焊道进行了预热。另外就是要有正确熟练的操作技能，防止发生气孔、夹渣、未焊透、咬边等易产生应力集中的缺陷。

②坡口焊缝打底焊道允许最大厚度为6mm，后继各层焊道允许最大厚度为：平焊3mm，立、横、仰焊4mm。

③多层焊时，每焊一道后应仔细清理焊缝表面，清除焊接缺陷，每层焊道接头应错开30mm以上，焊接接头应平缓过渡。

④焊接中如发现缺陷（如气孔、裂纹等）应停止焊接，在缺陷清除后，方可继续施焊。

⑤每条焊缝应连续完成焊接。

⑥焊接时必须短弧操作，弧长一般控制在焊条直径的0.5～0.8倍之间。运条角度应垂直坡口平面，加大坡口两侧停留时间，以保证良好熔合。

⑦引弧时，不得拉长电弧，熄弧时应填满弧坑，防止弧坑裂缝。

⑧焊条在焊接方向上与钢板夹角应在60°～80°之间，焊接过程不得随意跳弧。运条时焊条只允许少许摆动，幅度不超过焊条直径的2.5倍，另外摆动要适当，以利气体逸出和熔渣与夹杂物上浮。

（4）焊后清理和探伤。

焊接结束后，焊工必须将药皮和焊缝上和焊缝两边的飞溅清除干净。焊缝内部缺陷探伤采用射线探伤和超声波探伤。表面裂纹检查可选用渗透或磁粉探伤。（如表2）

4 结语

巴贡压力钢管从2005年11月开始制作，到2008年11月主体安装结束，我们的焊缝质量一次验收合格率达到97%以上；焊缝合格率100%；焊缝优良率95%以上，获得了MCH和业主工程师的认可和肯定。经过巴贡水电站近12000T压力钢管制作与安装的焊接，实践证明采用此合理的焊接工艺规范，再加上严格的焊接过程控制，就能达到规程规范的质量标准，提高和保证了压力钢管的焊接质量。