西藏高海拔地区冬季焊接质量管控

田志勇，熊 涛，刘家旺，刘文卫

(中国水利水电第九工程局有限公司，贵州 贵阳 550081)

DG水电站位于西藏自治区山南地区桑日县境内，为二等大(2)型工程，以发电为主，水库正常蓄水位3 447.00 m，相应库容0.552 8亿m3，电站坝址控制流域面积15.74万km2，多年平均流量1 010 m3/s，电站装机容量为660 MW。

坝址处于高海拔区域，每日的太阳辐射非常强，且气候干燥、气温较低、昼夜温差大。加查气象站(坝址下游约35 km，测站高程3 260 m)多年平均温度大约为9.3℃，极端最高气温为32.5℃，极端最低气温为-16.6℃。

1 影响冬季施工焊接质量的不利因素

1.1 环境温度低

1)低温焊接焊缝质量无法保证，焊缝骤冷易产生裂纹。

2)过低的环境温度不仅会增加了焊缝硬度，而且还改变了焊缝组织，同时对焊缝冲击韧性也有着极大影响，容易出现咬边，夹渣等现象。

3)过低的环境温度降低了焊缝预热效果，使焊缝层间温度的稳定难以保持。

4)过低的环境温度会提升了焊工作业难度，也会影响焊口合格率。

1.2 施工经验缺乏

由于施工队伍并无高海波低温环境下进行焊接工作的经验，所以执行制定措施的过程中会出现一定偏差，如果冬季焊接工艺制定出来出现施工效果不好或与现场实际情况不符情形，那么将对最终金属结构焊接质量产生巨大影响，同时也会为金属结构安装的安全、稳定运行埋下巨大隐患。

2 冬季焊接施工采取的主要措施

2.1 对环境温度的要求

本标段钢管(衬)采用Q345R材质，为低合金钢，基于规范要求，于下述环境下，焊接部位理应具备相应可靠的保温与防护措施。

1)风速度。气体保护焊，环境风速应不大于2 m/s。其他焊接方法，环境风速应不大于8 m/s。

2)相对湿度大于90%。

3)雨雪环境。

4)环境温度。低合金结构钢在零下10℃以下(本标用钢)，碳素钢在零下200℃以下，高强钢及不锈钢在0℃以下。

2.2 保障环境温度的措施[1-3]

1)由于焊接作业均在室外进行，施工中采用L50角钢和帆布在施工现场搭设简易工棚，围护结构采用竖向活动拉帘(帆布)进行封闭，棚内配备加温柜、加温板等。放置大功率的油酊来提高环境温度，见图1。

图1 焊接时搭设的保温棚

2)焊接前先将简易工棚移至焊口位置，于坡口定位焊两侧位置铺设加温板，通过加温板来进行预热，在实施焊接定位焊时，周边150 mm范围都要实施预热，预热温度应该120～150℃之间，采用红外测温仪测量。预热后立即展开施焊，焊口焊接完成后，在焊缝温度下降到自然气温前不得碰到雨雪。

3)对钢管(衬)上下游管口全封闭，全封闭材料采用防火油布，内部布置1台轴流风机排烟。

2.3 焊前预热要求

1)现场焊接过程中所携带的焊条必须放在保温筒中，焊条必须经过烘焙。烘焙后的焊条应保存在100～150℃恒温箱内。保温筒使用时接上电源，焊条取出后立即盖上盖子，实现随用随取，当在露天环境超出了4 h，需要重新烘焙。焊条烘焙次数不可超过2次。

2)气体保护焊用的CO2，纯度不宜低于99.5%(体积比)，含水率不得超过0.005%(重量比)。在使用过程中，若压力在1 N/mm2以下，则不得继续使用瓶装气体。若使用环境温度较低，则需对瓶口进行检查，避免其存在冰冻堵塞的现象。

3)在低温环境下焊接钢管(衬)应对焊缝进行预热，预热温度T0=120～150℃，层间温度Ti≤400℃。加温方式：在需要施焊的焊缝周围贴上加温板，见图2。

图2 加温板进行焊前预热

预热区的宽度应为焊缝中心线两侧各3倍板厚且不小于100 mm，其温度测量在距焊缝中心线各50 mm处对称测量，每条焊缝测量点间距不大于2 m，且不少于3对。

3 焊接中的质量管控

管控整个焊接过程是确保冬季焊接质量的关键，而在整个工作中，预热焊缝则是最关键的内容之一[4]。为保证焊接质量，在具体施工过程中采用下述措施来保证焊接过程中焊缝附近的温度及预热符合要求且可控、在控。

1)制定的冬季施工具体措施，在通过审批后项目技术人员对施工人员进行技术交底，确保施工人员明确具体施工要求和注意事项后方可施工。

2)可以利用油酊、搭设暖棚等方式保证工作环境的温度，与此同时，注意监控内外部温度的差异，提高检测附近温度的频率，不得在温度过低或未满足焊缝温度的情况下进行焊接工作。

3)当温度达到0℃以下后，钢板厚度若在9 mm以上，则需采用分层焊接的方式，且为了避免温度降得过低，应尽量一次焊接完整条焊缝，不得中断，达到要求后，且再次焊接前注意将焊接缺陷及时清除，完成上述工作后方可继续工作。

4)为保证冬季施工质量，可以在总工的带领下设置专门的专检小组，在检查期间，可以在工程部技术负责人的带领下严格检查各施工环节。与此同时，因温度变化对施工也会产生一定影响，所以宜设立专人联系气象局，了解天气最新变化情况。不仅如此，在开始焊接前也应注意测量并记录好每个作业点，确定各方面与要求相符的前提下开始进行焊接工作，并注意将相关交接检纪律、责任档案记录等做好。此外，还要对现行责任体系予以改进和完善，通过细化责任将各项工作与责任落实到作业人与作业班组身上[5]。

5)监理人员、金属结构安装管理人员应注意每天检查各施工作业点的具体情况，同时每周还需专项检查冬季施工质量，以便于及时发现并解决问题。

3.1 焊后缓慢降温措施

1)完成钢板焊接工作后，应采取温暖冷措施，以便于焊缝两侧2～3倍范围内缓慢冷却，应将其冷却速度控制在每分钟10℃以内。

2)通风口一般设置在暖棚两侧，风速不得大于6 m/s，否则风速过大冷却过快，会导致焊缝出现开裂现象，导致返工甚至导致母材报废等情况。

3)在焊接完成之后不能立即拆下加温板，应拔掉电源缓慢的等焊缝周边温度随着暖棚内温度缓慢下降，待焊缝周边温度与暖棚内温度持平后拆下。

3.2 冬季焊接施工焊缝合格率检测

为保证机组能安全、稳定运行，对冬季施工的焊缝进行了有计划的无损检测工作。

对1号机组压力钢管焊接环缝进行无损探伤检测，见表1。

表1 大古水电站1号压力钢管安装探伤检测统计情况表

焊缝总长度为：200 487 mm；磁粉(MT)探伤：200 487 mm；超声波(UT)探伤：200 487 mm；TOFD探伤：20 200 mm；存在缺陷：585 mm；一次合格率平均值：99.69%。

4 结 语

1)目前从上述数据一次探伤合格平均率高达99.69%，未出现冬季施工焊缝出现不合格及其返工现象，充分说明合理的管控方式可以保证施工质量，即焊缝的有效性与可靠性可以得到保障。

2)文中对于“周围环境温度”的概念较为模糊，假若将暖棚内温度视为“周围环境温度”就无法保证焊接质量，“周围环境温度”应定义为施工焊缝周围1 000 mm范围内的温度。

3)对于冬季施工焊接管控的重点应该放在焊口预热上面，这样更有利于保证焊接的质量以及焊缝的外观质量的美观。

4)采取加热板预热焊缝位置，同时选择功率较大的油酊将棚内温度控制在要求范围内，这样可以取得更好的焊接效果。

5)综上所述，在高寒地区管控焊接技术最主要的问题就是确保焊缝焊接质量，即严格根据要求在焊接之前进行预热处理和后期缓冷处理。