大盈江水电站大型钢岔管装配焊接施工

彭震宇

（辽宁省观音阁水库管理局，辽宁 本溪 117110）

1 概述

我国国内设计的高水头发电站压力钢管的岔管大多为地埋，因其特殊的功用和所处的位置，决定了其具有水流条件与受力条件差、承受最大静动水压力、靠近厂房等诸多特点，如何保证岔管装配质量至关重要。此外高水头大型高强钢岔管重量大、体积大，吊装及运输困难，历来是水电站压力管道施工当中的重点和难点。大盈江水电站所用的大型高强钢岔管采用场内分解短节、现场装配焊接的施工工艺，较好地解决了上述问题，水压试验数据表明装配焊接质量完全满足设计要求。

大盈江水电站钢岔管整体装配、焊接后自重接近100 t，根据施工图纸将岔管进行了合理精准的分解，即在钢管加工厂将岔管加工成短节，以每节重量不超过现场最大吊装能力为最小分解单元，尽量减少钢岔管的焊缝数量。在安装现场进行一次性装配、整体焊接及水压试验。

2 装配焊接工艺流程

2.1 钢岔管施工现场装配

钢岔管安装现场整体装配后产生的11道焊缝如图1所示，将主锥第一节作为始装节进行整体装配。依据中间拘束度较大、应力较集中的焊缝首先焊接，岔管整体焊接之后尽量不要产生较大的应力集中的原理，制定钢岔管焊接顺序，如图2所示。

2.2 焊接施工工艺要点

2.2.1 预热温度、层间温度及热输入的控制

1）预热设备采用自动控温红外线加热器，加热区域为被焊接头中厚板的3倍板厚范围，但不得小于100 mm的区域。

图2 岔管焊接焊缝示意图

2）预热和层间温度的测量采用测温表及远红外测温计进行测量，测量时距焊缝两侧各50 mm。每隔30 min测量一次，环缝测量点为6对，纵缝测量点为3对。

3）接头预热温度以较厚板为基准，注意保证厚板侧的预热温度，严格控制薄板侧的层间温度。

4）焊接过程中，焊接质检员对焊工施焊的热输入进行抽检是否在规定范围之内。

2.2.2 焊接工艺参数

手工电弧焊工艺参数、碳弧气刨参数按拟定的作业任务书执行。

2.2.3 焊接工艺要求

1）焊前将所有坡口两侧各10～20 mm范围内的氧化皮、铁锈、油污及其它杂物应处理干净。

2）双面焊时在其单面焊接后，背面进行清根并进行100%打磨，经检查刨槽尺寸符合要求后，再继续焊接另一侧，需预热的钢板，清根时保持其预热温度。

3）多层（道）焊接时，每层（道）的溶渣、飞溅物清除干净，自检合格后进行下一道的焊接。

4）每条焊缝一次连续焊完，如果中断应在不少于3层以后，如因故中断，采取缓冷的方法防止裂纹，并在重新焊接之前重新预热。

5）定位焊。定位焊的工艺和对焊工的要求与正式焊缝相同,一、二类焊缝的定位焊由合格焊工担任；定位焊长度不小于100 mm，间距不大于200 mm，厚度4～6 mm；定位焊的引弧和熄弧在坡口内进行，严禁在母材其他部位引弧；对定位焊的裂纹、气孔、夹渣等缺陷进行清除；对于需要预热的钢板，定位焊时预热区宽度保持在焊缝中心线两侧100 mm范围内；定位焊在气刨侧进行，保证焊前定位焊清除干净；纵缝定位焊从中间向两侧对称进行。

6）手工电弧焊多层焊的层（道）间接头错开应保证在30 mm以上。焊层厚度打底焊5～7 mm，后续层平焊3 mm，其它位置4～5 mm，焊道的最大宽度为焊条直径的2.5～3倍。每条环缝焊接由4或6（偶数）人同时施焊，焊接过程中尽量保持焊接参数一致。

7）钢岔管焊接接头采用开坡口全熔透对接接头，根据不同的板厚，分别采用不对称“X”型的2/3，1/3坡口型式。

8）正式施焊时，首先焊接坡口内侧（“X”型坡口先焊2/3坡口侧）50%，然后转到反面。首先用碳弧气刨清根、磨光机打磨，之后将这一侧焊道全部焊完，然后再将另一面焊道剩余部分全部焊接完毕。除封底和盖面焊道外，中间焊道每焊一层厚度一般控制在4～5 mm的范围内。控制焊接变形，整条焊缝的焊接顺序控制尤为重要，可将每条环缝分成8等份，由8名电焊工从每一等份的起始位置按同一时针方向，对称分段退步，同时施焊。每个焊工分段数量根据实际情况确认，但8个焊工分段数量必须相同，另外电焊工应尽量保证一致的焊接速度，施焊时注意焊接电流的调整。

2.2.4 焊缝缺陷处理

1）裂缝：利用超声波探伤，确定裂纹的深度、长度和走向后，用碳棒在裂纹两侧各延长50 mm处起刨，然后补焊。

2）焊缝尺寸不足、凹陷、咬边超标，应补焊。

3）夹渣、气孔、未焊透，用碳刨刨除后，补焊。

4）焊缝过溢或焊瘤，用砂轮打磨或碳棒刨除。

5）补焊时的预热温度比焊缝的原预热温度提高30℃。

6）焊补时应在坡口内引弧，熄弧时应填满弧坑，多层焊的焊层之间接头应错开，焊缝长度应不小于100 mm，当焊缝长度超过500 mm时，采用分段退焊法。

7）返修部位应连续焊成。如中断焊接时，采取后热、保温措施，防止产生裂纹。再次焊接前，用磁粉或渗透探伤方法检查，确认无缺陷后方可继续补焊。

8）返修焊缝应填报返修施工记录及返修前后的无损探伤报告，作为工程验收及存档资料。

9）返修后的焊缝用UT进行复查,同一部位返修次数不超过2次。

2.2.5 焊接检验

1）焊缝无损探伤方法抽查率。岔管焊缝采用100%双面双侧超声波探伤，另外在焊缝背面气刨后对刨槽进行100%的磁粉探伤。

2）焊缝检验要求：焊缝焊后进行外观检查，外观检查合格后进行无损检测；保证在24 h以后（焊接结束后）进行无损探伤检验；超声波探伤按GB11345—89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》标准评定，一类焊缝BI级为合格。

2.3 重点焊缝施工工艺

该工程重点焊缝包括：A4与A7环缝，A10，A11角焊缝。对重点焊缝焊接，从坡口形式、焊接人员与焊接顺序安排、焊接变形控制、焊前预热、气刨清根、焊后保温等各个质量环节严格控制，确保焊缝品质与作业任务书要求相符。

1）4和A7两条焊缝各4人对称焊接，每个人分3段焊接，采用分段退焊法；A10，A11岔管和月牙板对接角焊缝焊接时，2条焊缝各4名焊工，焊工安排和焊接顺序按作业任务书执行。

2）对于A10，A11岔管和月牙板对接角焊缝，首先焊接岔管内焊缝，安装加热块。月牙板厚度厚，且材质为16MnR，预热温度适当地提高，预热温度为180～200℃，用红外线测温仪测量A10内、A11内2条焊缝的温度，温度达到后方可焊接。

3 结语

大盈江电站工程钢岔管制安纵缝长度38.4 m，焊缝一次合格率达到97.7%；环缝长度284 m，焊缝一次合格率达到97.5%；施工中未出现任何质量事故，交验合格率100%；水压试验安全、顺利完成，试验取得的数据表明焊接质量完全满足规范及设计要求。