输变电工程钢预埋件埋弧螺柱焊及预埋件安装调节器的研究应用

陈松泉，纪 旻，刘 提，葛慧聪，孟俊俊，章金晶

（1.浙江电力建设监理有限公司， 浙江 杭州 310008；2.浙江省电力公司温州供电公司， 浙江 温州 325000）

0 引 言

随着科学技术水平的不断发展，特别是我国大力发展特高压输电以来，输变电工程的建设投入越来越多。输变电工程是确保整个电力系统安全、可靠和经济运行的重要环节，其安全稳定运行关系着国家电网“坚强电网”的使命。

在输变电工程建设中，钢预埋件施工是关键工序之一，其施工质量直接影响着变电设施的安全稳定运行。探讨钢预埋件制作安装的工艺更新，对提高钢预埋件的施工质量优良率，具有十分重要的意义。

1 钢预埋件的焊接质量

1.1 传统钢预埋件的焊接工艺

传统的钢预埋件焊接，受施工环境、焊接设备及操作人员等条件的约束，通常采用较为简单的角焊。它属于电弧焊中的一种，具有焊接设施要求简单、操作灵活等优点。但是，角焊工艺容易出现焊缝，表面成形粗劣、气孔及咬边严重等现象。这些缺陷会降低焊接接头的强度，特别是咬边缺陷，不仅使钢筋断面减少，而且会造成应力集中，降低接头可靠性。同时，当钢筋直径较粗时，需要采取多层多道焊，费工费焊条(如钢筋咬边)，不仅工效低而且影响钢预埋件焊接接头的质量。

1.2 更新钢预埋件焊接工艺的可行性分析

根据调研资料的研究分析，传统的钢预埋件角焊存在的工艺问题。笔者公司决定立项对此进行试验研究，提出三种钢预埋件焊接的更新方案：钢预埋件 T 形接头穿孔塞焊方案；钢预埋件 T 形接头埋弧压力焊方案；钢预埋件 T 形接头埋弧螺柱焊方案。

1.2.1 钢预埋件T形接头穿孔塞焊方案

预埋件 T 形接头可分为角焊和穿孔塞焊两种。据钢筋焊接标准编写专家及有经验的焊工的介绍，钢预埋件焊接采用穿孔塞焊工艺，焊接接头外观质量和力学性能都容易保证。但是，钢预埋件穿孔塞焊接头的焊接成本远大于钢预埋件 T形接头的角焊工艺。虽然能确保焊接外观质量和内在性能要求，但要打孔、开坡口，还要填充许多熔敷金属。因此，接头的单价比较高，耗时也比较多。

1.2.2 钢预埋件T形接头埋弧压力焊方案

预埋件钢筋埋弧压力焊对焊接预埋件钢筋是可选择的合理焊接工艺。其操作方便、经济，接头外观的质量和接头强度容易满足设计及技术标准的要求。但是，预埋件 T 形接头埋弧压力焊的设备，除焊接电源外尚没有正式的设备产品，自制埋弧压力焊设备尚有一定难度。

1.2.3 钢预埋件T形接头埋弧螺柱焊方案

钢预埋件 T 形接头埋弧螺柱焊的基本原理是：利用施工单位现有的焊接栓钉的螺柱焊机作为焊接设备，采用螺柱焊焊枪的夹头将钢筋夹紧，垂直顶压在钢板上，注满焊剂；利用螺柱焊主机输出强电流，通过钢筋与钢板接触点的瞬间上提钢筋引燃电弧；经短时燃烧，融化钢筋端部和钢板表面，形成溶池；按照设置的焊接电流和焊接时间，使钢筋端部插入溶池；断电，停歇数秒钟，去掉渣壳，露出光泽焊包；焊接结束。钢预埋件 T 形接头埋弧螺柱焊是一种焊接新工艺，具有埋弧、焊接时间短、焊接过程全自动进行、焊接质量稳定、焊接强度高等特点。

上述焊接工艺各有特点。经比较分析，输变电工程钢预埋件 T 型接头埋弧螺柱焊与目前电力工程的施工条件和技术经济指标相适应，更优于其他焊接新工艺。因此结合试点工程现有条件，确定埋弧螺柱焊为研究试验更新的焊接工艺。

1.3 输变电工程钢预埋件T型接头埋弧螺柱焊的试验

整个钢预埋件 T 型接头埋弧螺柱焊试验研究过程处于半自动状态。焊接过程是全自动的，但移动过程还是手工的。初始试验阶段，预埋件 T 型接头埋弧螺柱焊接头的外观质量也容易存在不符合标准要求的现象，焊接表面及断口内部均有气孔缺陷。分析产生气孔的主要原因：地处江南水乡的试验场所，空气湿度大，熔池容易混入水分；焊接区域存在的铁锈在焊接高温时产生有害成分进入熔池；焊剂未按技术标准规定烘焙、保温和使用；电磁偏吹，会导致熔融金属不均匀分布等。针对表面气孔形成的原因，提出了包括：焊接部位按标准要求去锈；焊剂在 350℃ 下烘焙 2 h，随用随取；采用对称接地线的方法克服电磁偏吹等防治措施。经试验还发现：钢筋伸出长度越长，电阻热越大，溶化速度越快，熔敷金属量越大。因此，应选择合适的伸出长度，力求焊缝饱满，采用正交试验法合理选择焊接参数，以确保焊接稳定性，达到最佳焊接效果。

通过钢预埋件 T 型接头埋弧螺柱焊的试验研究表明，埋弧螺柱焊的性能指标完全满足规范要求。应总结焊接经验，编制作业指导书，加强焊工培训，提高焊工操作水平，形成专业化队伍，达到专业化施工水平，将钢预埋件 T 型接头埋弧螺柱焊在各类输变电工程推广使用。

2 预埋件的安装质量

传统预埋件的安装以钢筋骨架为承载平台，将预埋件固定在钢筋骨架上面。这种方法容易产生位移，预埋件安装质量不理想；并且在固定预埋件时是将预埋件焊接在钢筋上面的，在焊接过程中钢筋受热其材性可能发生变化。这种预埋件固定方法缺乏一定的科学合理性。

为了调整预埋件标高，研制一种非固定式标高调节器。调节器由同轴设置的可置换不同长度的移动端杆件、普通连接杆、调节杆件(可为双头螺杆或调节花篮螺丝)、普通连接杆(可分为上杆件和下杆件两节)、固定杆件底座等组成。移动端杆件顶座为套设橄榄珠及球窝的可活动顶座，使顶座与预埋件的接触确保是面的接触。将普通连接杆分为上杆件和下杆件两节同轴插接。当预埋件锚筋及钢筋排布较密集时，要将整个调节器放置于固定位置较为困难。因此，可通过上杆件和下杆件拆离，将调节器分成上下两部分。摆放好固定杆件底座后，再通过上杆件插入下杆件，从而组装成整个调节器。固定杆件底座为“三角支架”结构模式，以便调节器具有较大的稳定性，当安装空间充裕，调节器工作受力时不易发生倾斜。

钢预埋件轴线及钢预埋件前后左右位置的调整采用水平方向调节器调整：调节器由同轴设置的可置换不同长度的推拉杆件、调节杆件(是双头螺杆)、可置换不同长度的定点杆件和两个普通水平连接杆组成。

3 工程实例

3.1 钢预埋件焊接新工艺实施

在浙江嘉兴的 500 kV 桐乡变电站工程实施了钢预埋件 T形接头埋弧螺柱焊的新工艺。根据工艺试验及相关标准编写了新工艺作业指导书，加强新工艺的技术交底和对相关人员的操作培训，利用施工单位现有焊接栓钉的螺柱焊机进行预埋件埋弧螺柱焊，并按照国家现行标准 JGJ 18—2012《钢筋焊接及验收规程》的要求进行新工艺实施.试验达到了预期目标。具体实施情况如下。

(1)钢筋牌号 HRB400，直径 12 mm；钢板牌号 Q235B，厚度 12 mm，尺寸 250 mm×250 mm。分别应用于主变基础和GIS 基础。焊机型号为 RSM5-3150；焊剂牌号为 HJ431，烘焙温度为 350℃，时间 2 h；150℃ 保温，随用随取。

(2)焊接参数：焊接电流为 920A，焊接时间 7 s，提升高度 5 mm，伸出长度 10 mm。

(3)接头外观质量检查符合 JGJ 18—2012《钢筋焊接及验收规程》中第 5.7 节要求。

(4)通过对接头力学性能检验的拉伸试验，从钢筋焊接检测结果可以看出：①断裂于钢筋母材，抗拉强度为 555 MPa～600 MPa，合格；②钢预埋件T型接头采用埋弧螺柱焊的焊接方法，其焊缝外观和力学性能均达到了有关标准的规定。

3.2 预埋件安装调整器实施

浙江丽水的 1 000 kV 浙南变电站工程属于特高压工程，有较多的钢预埋件的安装质量，将直接影响整个工程的施工质量和进度。为了确保整个工程高速、优质、按期完成，浙南变电站钢预埋件的安装采用了安装新工艺。首先是实行预埋件厂内预验收及进场复验制度，确保预埋件制作质量符合要求。其次是根据钢埋件安装调整器的研发原理及使用方法，编写新工艺作业指导书，加强新工艺的技术交底、并进行人员操作培训。同时，采取有效措施，确保预埋件安装在正常施工条件下进行。

生产实践表明，这种预埋件安装调节器结构设计合理，能对尺寸进行精确的调节。通过其在 1 000 kV 浙南变电工程的施工应用，不仅主要设备基础预埋件的安装质量合格率达到 100%，且其质量一次优良率达到了 90% 以上，保证了变电工程预埋件安装的标高和尺寸位置的准确，实现了主要设备基础无垫片，而且应用产生的经济效益也是明显的，达到了节能降耗、降低投入、减少劳动力的工程目标。

4 结 语

工程应用研究表明，更新的输变电工程主要设备基础钢预埋件埋弧螺柱焊，具有埋弧、焊接时间短、接头质量可靠、焊缝强度高等特点。其工艺及试验夹具已由来施工现场质量监督检查的专家(中国电力建设专家委员会专家)推荐，分别列入 14G 910《高强钢筋应用技术图示》及现行行业标准JGJ/T 27—2014《钢筋焊接接头试验方法标准》；其研制的可进行高度及水平位置调节的预埋件安装调节器，已获国家知识产权局授予的实用新型专利(专利号 201420052977.3)。输变电工程钢预埋件采用埋弧螺柱焊及安装调节器，明显提高了施工效率, 降低了工程成本, 实现了焊接工艺的更新和主要设备的无垫片安装。值得进一步推广应用，有良好的发展前景。