皖电东送工程钢管塔焊接生产管理浅谈

戴刚平 王淑红 舒方

一、工程概述

1.项目概况

皖电东送工程是我国首条同塔双回路特高压交流输电工程，建成后每年将输送超过500亿度电，相当于为上海新建了6座百万千瓦级的火电站。在该工程中，我公司成功中标第28包、第29包、第30包，5个塔型，共计201基钢管塔，总重量约3.5万t。

2.工程焊接特点

皖电东送工程钢管塔焊接结构主要有钢管与带颈锻造法兰对接一级焊缝、连接板焊缝、C（U）形插板焊缝、十字插板焊缝、挂线板焊缝及加劲板焊缝等形式。工程总焊缝长度达到11.6万m，其中一级焊缝总长度达到4.4万m。呈现出焊接工作量大、结构形式多、焊接难度大等特点。

3.工程难点

在本工程钢管塔设计中，首次大规模批量采用了带颈锻造法兰与直缝钢管对接焊的连接形式（见图1）。由于其焊缝质量等级为一级焊缝，因此对装配质量要求、焊接技术要求都较高。同时对钢管外形尺寸偏差（直线度、断面垂直度、椭圆度）等关键技术要求也大幅提高。但这种新型连接形式的优点是可以将构件的拼装和焊接工序实现流水线及自动化作业，较传统的平面法兰连接形式的钢管塔加工生产效率总体可以提高近一倍。

U形插板连接形式（见图2）也是本工程钢管塔使用到的一种较新型连接方式。其具有连接可靠、安装方便等优点。而U形插板的加工一直以来都是钢管塔行业的一个难点，其加工步骤繁琐，加工质量稳定性差。

二、关键焊接技术应用

由于本工程焊接工作量大且焊接质量要求高，我公司针对以往焊接生产过程中的技术瓶颈以及影响焊缝质量的关键工序进行了技术攻关，成功研发出一些新技术，实现了各道生产工序的顺畅衔接，并取得较大的生产效益。

（1）埋弧焊无坡口无间隙不清根双面熔透环向焊接新技术应用 本工程钢管与法兰的对接数量庞大，且焊缝质量要求高。鉴于埋弧焊本身生产效率高、焊缝质量稳定的优越性，我们通过大量焊接试验采集工艺数据，以及对焊缝的无损检测结果和力学性能试验的分析，最终形成了一套新的中厚板对接环向焊接新技术，即埋弧焊无坡口无间隙不清根双面熔透焊接工艺。该新工艺显著提高了焊接生产效率，焊缝成形美观、同时保证了环向对接焊缝质量的稳定性。焊缝的一次合格率为98%以上。

图1 带颈锻造法兰与直缝钢管对接形式

图2 U形插板连接形式

（2）全自动摇摆气体保护焊接技术 以往8mm以下的薄壁钢管与法兰连接焊缝的焊接工艺均为手工气体保护焊单面焊双面成形工艺。但由于焊缝质量等级高，即对焊工技能要求较高，且焊缝内部质量的稳定性较差，一次合格率往往较低，所以为了提高生产效率实现焊接自动化，提高焊缝质量稳定性，我们引进了全自动摇摆气体保护焊接工艺。该工艺采用先内焊后清根再外焊的焊接程序，并通过机械焊接成功解决了小径管内焊接操作难、成形差等问题。

（3）富氩混合气体集中供气应用 焊接用保护气体采用了富氩混合气体（85%Ar+15%CO2）。该混合比例可以使焊缝更加美观，焊接飞溅量减少。同时我公司决定采用集中供气的方式，其主要优势有：气体比例恒定且气体流量稳定；气体的水分含量得到了有效控制；减少了换瓶时间，提高工作效率；气体成本节约了约30%。

三、焊接人员培训及焊接装备应用

（1）焊接人员培训 在工程开展前期，公司在国家电网镇江焊接培训中心的指导下培训了4名焊接技术管理员、6名焊接过程检验员、6名无损检测员以及持证焊工101人。

为保证工程焊接质量，提高焊工整体技能水平，公司还聘请高级技师对焊工进行一对一技能指导，并对持证焊工逐一进行了技能水平考核，考核合格方可进行本工程焊接施工。工程制作间歇，公司还针对薄壁管环向对接焊项目进行了焊工技能比武，增强了焊工的质量意识。

（2）焊接设备投入情况 在本工程开展期间投入的焊接设备和工装有：全自动火焰切割机5台、钢管定长等离子切割机2台、机械坡口切割机2台、构件组对工装模具22台、等离子管端开槽机2台、半自动CO2气体保护焊机50台、全自动摇摆CO2气体保护焊机3台、埋弧焊环焊专机3台、钢管塔加工一体机2台等。

（3）焊接新设备应用 由于在本工程生产各关键工序都采用了新工艺，或在原有工艺基础上进行了较大的工艺调整。因此，必须有相应的配套设备，而某些设备在目前国内市场还无法购买到成品。为此公司成立新设备研发小组，积极吸收并消化国内外各行业相关设备的结构优势，自行研发了多套效率高、操作简单，适合钢管塔批量加工的新设备。

内外埋弧焊环焊专机：针对埋弧焊无坡口无间隙不清根双面熔透环向焊接新技术的特点，以及公司钢管塔构件的特有生产模式，我们自行研制出了实用性较强、操作简单的内外埋弧焊环焊专机（见图3）。

钢管塔加工一体机：我公司自行研制的钢管塔加工一体机（见图4）把带颈法兰与钢管的组对、焊接、附件装配等各道工序有机的结合起来，实现流水化生产，节约了场地占用面积，大幅度提高了生产效率。

钢管定长等离子切割机：公司自行研制的钢管定长等离子切割机（见图5），采用机械自动旋转、等离子切割技术以及定长刻度尺的有机结合，使切割效率和钢管长度误差控制的精确度都得到了很大的提升。

图3 内外埋弧焊环焊专机

数控等离子钢管开槽机：由于本工程钢管塔插板结构钢管构件众多，管端开槽工作量大，公司联合专业厂家研制两台数控钢管等离子开槽机（见图6），该设备能一次切割三个槽且能切割各种不同形状图形。生产过程均实现自动化，定位准确、精度高，可大幅提高钢管开槽生产效率以及加工质量。

（4）焊接材料管理 依据公司焊接材料管理制度，针对本工程制定了严格的焊材进货验证、储存、烘干、发放、领用、回收管理制度。

第一，焊材的储存严格执行本公司《物资管理实施细则》。各生产车间从公司一级库领用的焊材进入焊材二级库，二级库由各生产车间自行负责建立和管理。

第二，焊材按种类、牌号、规格、入库时间分类堆放并进行了明确标记，并做到先入库者先发放。

第三，规范执行焊条、焊剂的烘干过程，保证烘干温度和保温时间，严格执行相关标准和生产厂推荐的要求。

第四，焊工领用焊材前填写焊接材料领用单，由班长或焊接技术员签字。焊材库管理人员按领用单发放焊材，并填好焊接材料发放单。

第五，焊材库管理人员及时统计分项工程焊材的消耗量，掌握焊材消耗情况及库存数量。

四、焊接质量管理

（1）焊接质量控制文件编制 为确保焊接质量的稳定性，公司组织编写了《“皖电东送”工程质量计划》和《“皖电东送”工程检验计划》，明确提出了质量管理体系要求和资源配置要求。同时编制了《焊接质量保证措施》、《不合格品控制措施》等控制文件。

（2）焊接质量过程管理 ①加强对焊接前的质量控制，严格控制零部件尺寸精度、坡口质量、装配质量等关键点。②在每个生产车间都配置了数名焊接检验员，主要负责焊接过程质量检验以及焊缝外观检验等工作。同时，定期进行车间焊接工艺巡检，确保生产一线能严格执行既定焊接工艺。③对一级焊缝采用UT探伤进行100%检测，当UT探伤判断出现异议时，公司采用RT探伤作为重要的补充检测手段。④建立一级焊缝可追溯性管理制度。

图4 钢管塔加工一体机

图5 钢管定长等离子切割机

图6 数控等离子钢管开槽机

（3）其他质量控制措施 ①开展焊接现场质量管理活动。我公司动员和引导组建有关提高质量、降低消耗、提高效率各类创新型QC小组，开展相关活动。②焊接质量管理及考核。为提高焊口一次合格率，调动职工的工作积极性，公司制定了《焊接质量奖惩办法》，根据焊工的考核评比结果进行相应的奖惩。

五、结语

通过以上各个环节的控制，实现了焊接工程各项目标，焊接工程质量事故为零。钢管与法兰对接环焊缝一次UT检验合格率＞98%。本工程钢管塔交货进度我公司为所有参建单位第一名。通过本工程近一年来的顺利开展，公司参与人员得到了较为系统的锻炼。同时公司自行研发的新工艺、新设备在本工程生产中发挥了巨大作用，并得到了进一步完善。这些新工艺、新设备的成功应用，使得钢管塔的产品品质上了一个新的台阶。因此，这些新工艺、新设备在国内钢管塔制造行业内也具有极高的推广价值。