向家壩電站800MW超大型水輪機(jī)蝸殼制造質(zhì)量控制

徐洪偉，童亮瑜，陳大倩

（中國水電七局有限公司，四川 彭山 620860）

向家壩電站800MW超大型水輪機(jī)蝸殼制造質(zhì)量控制

徐洪偉，童亮瑜，陳大倩

（中國水電七局有限公司，四川 彭山 620860）

簡述了金沙江向家壩右岸地下電站世界最大混流式水輪發(fā)電機(jī)組（單機(jī)容量800M W）超大型金屬蝸殼的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制造難點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了其制造過程的質(zhì)量控制要點(diǎn)，對瓦片組裝、蝸殼焊接、最終驗(yàn)收等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了較為詳細(xì)的敘述。

向家壩；超大型；金屬蝸殼；質(zhì)量控制

向家壩右岸地下電站共設(shè)計安裝4臺800MW水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)電設(shè)備全部由天津阿爾斯通（ALSTOM）水電設(shè)備有限公司（以下簡稱“天阿”）供貨。超大型水輪機(jī)金屬蝸殼由“天阿”設(shè)計，水電七局向家壩施工局承包制造。根據(jù)設(shè)計圖紙，蝸殼由32節(jié)組成，其中編號為V28（即蝸殼最后一節(jié)）的管節(jié)由我局下料、卷板完成后交“天阿”安裝于座環(huán)上，與大舌板和環(huán)板焊接后隨座環(huán)整體供貨到向家壩工地，其余管節(jié)中包括湊合節(jié)3節(jié)、進(jìn)口擴(kuò)散段4節(jié)、蝸殼本體24節(jié)均在向家壩金屬結(jié)構(gòu)廠現(xiàn)場制造供貨。蝸殼母材采用國產(chǎn)610MPa級低合金高強(qiáng)度鋼板，鋼板厚度隨外型尺寸減小而變化：由蝸殼本體進(jìn)口最大板厚72mm變化到蝸殼尾部最小板厚25mm，蝸殼進(jìn)口擴(kuò)散段板厚均為57mm，共有約26種不同厚度的鋼板。瓦片組裝采用鋼板厚度方向中心線對齊的方式，不同于一般的過流面對齊方式，單節(jié)蝸殼相鄰?fù)咂穸炔钭畲筮_(dá)7mm，最多由3種不同厚度的鋼板組成，給蝸殼制造帶來了一定的困難。蝸殼平面圖見圖1。

圖1 蝸殼平面圖

單節(jié)蝸殼最大外形尺寸為φ11514mm×3500mm，重量約60t，蝸殼總重約為822t，屬超大型金屬蝸殼，具有制造難度大，工期緊，質(zhì)量要求高等顯著特點(diǎn)。

1 嚴(yán)格控制主材及輔材質(zhì)量

1.1 主材質(zhì)量控制

用于蝸殼制造的高強(qiáng)鋼板到貨后，由質(zhì)量管理部門會同物資供應(yīng)部門依據(jù)招標(biāo)文件、設(shè)計圖紙、規(guī)程規(guī)范對到貨鋼板的進(jìn)行外觀檢查，對鋼板表面裂紋、起皮、加渣等缺陷及時發(fā)現(xiàn)并處理，使之不致影響蝸殼制造質(zhì)量；核對鋼板型號、規(guī)格及外形尺寸符合要求。

1.2 輔材質(zhì)量控制

蝸殼制造輔助材料主要為焊接材料，包括電焊條、焊接用鋼絲（氣保焊用）、保護(hù)氣體及用于內(nèi)支撐的管型材料等。

檢查到貨焊條、焊絲牌號是否符合設(shè)計要求，其質(zhì)量和焊接工藝性能符合有關(guān)規(guī)定，具有符合要求的產(chǎn)品合格證書和出廠證明書；保護(hù)氣體配合比例及純度是否符合相關(guān)規(guī)定，滿足蝸殼制造質(zhì)量需求。用于蝸殼內(nèi)支撐的管型材料到貨檢驗(yàn)包括：鋼管材質(zhì)、型號、表面質(zhì)量及其出廠證明書等，均應(yīng)符合設(shè)計圖紙及規(guī)范要求。

2 嚴(yán)格控制外型尺寸

單節(jié)蝸殼組裝在鋼制平臺上進(jìn)行，為便于縱縫組裝和焊接，保證進(jìn)口端焊縫質(zhì)量，采用工字鋼制放射型平臺，平臺平面度≤2mm。

復(fù)核蝸殼瓦片各尺寸及坡口型式符合工藝文件要求，蝸殼制造縱縫均采用不對稱“X”型坡口，復(fù)核瓦片卷制弧度合格，方可進(jìn)入組裝工序。

組裝圓度及縱縫弧度控制：所有蝸殼組裝完全做到了“無碼組裝”：因蝸殼木材全部為高強(qiáng)鋼板，組裝時嚴(yán)禁在蝸殼本體上焊接用于弧度調(diào)整和縱縫錯牙調(diào)整的拉緊器和壓縫器。具體方法為：組裝前在鋼軌道平臺上畫出相應(yīng)管節(jié)進(jìn)口端過流面地樣，按照地樣擺放、調(diào)整各瓦片，首先擺放含水平中心的瓦片，然后依次向兩側(cè)擺放瓦片，利用擋板、拉緊器及倒鏈等進(jìn)行臨時定位。依據(jù)地樣及過流面半徑（必須注意該半徑是不等半徑，單節(jié)最多有3個半徑）調(diào)整縱縫，保證縱縫錯牙及間隙符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。同時調(diào)整進(jìn)出口平面度，尤其縱縫兩側(cè)的環(huán)縫坡口鈍邊處必須對齊?？v縫調(diào)整合格后進(jìn)行臨時點(diǎn)固焊，保證焊接牢固可靠，滿足安全要求。

將各瓦片間縱縫調(diào)整完成后，測量蝸殼開口尺寸，包括進(jìn)、出口開口距離，開口對角線及腰線長度。檢測各中心處垂直度，調(diào)整出口處圓度等相關(guān)尺寸，利用倒鏈及拉緊器臨時固定。

測量進(jìn)、出口周長，檢查縱縫對口間隙和錯牙、縱縫處弧度等符合質(zhì)量要求。如周長偏差超標(biāo)，則通過調(diào)整縱縫間隙使之符合相應(yīng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 焊接過程控制

蝸殼制造焊接過程控制：包括焊前準(zhǔn)備控制、焊接過程中的控制和焊接完成后的控制等。

3.1 焊前準(zhǔn)備控制

縱縫開始焊接前，對縱縫坡口內(nèi)部及其兩側(cè)50mm范圍內(nèi)的鐵銹、熔渣、油垢、水份等清除干凈，在蝸殼內(nèi)部（過流面）敷設(shè)履帶式電加熱片，對縱縫實(shí)施焊前電加溫預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100℃。采用遠(yuǎn)紅外溫度控制儀進(jìn)行焊縫加溫及溫度控制，并輔以紅外線測溫儀適時檢測各部問題，保證達(dá)到100℃經(jīng)監(jiān)理檢查同意后方可開始施焊。

焊條烘焙蝸殼本體焊接采用國產(chǎn)大西洋牌電焊條或焊接用鋼絲，牌號分別為CHE62CFLH或CHW-65A。嚴(yán)格按照焊接材料說明書要求烘焙，做到隨烘隨用、隨用隨取。嚴(yán)格控制重復(fù)烘焙，焊條重復(fù)烘焙次數(shù)不超過2次。

焊絲使用整盤焊絲在使用前領(lǐng)出，打開包裝，檢查焊絲是否受潮生銹，如生銹則不得使用予以報廢，焊絲打開后盡快使用完畢。

3.2 焊接過程中的控制

焊縫焊接采用多人同時焊接（縱縫最少為1條，最多為5條，相應(yīng)分別由1人到5人施焊），在滿足焊接質(zhì)量要求前提下，盡量采用較小規(guī)范焊接，多層多道、分段倒退，嚴(yán)格控制焊接熱輸入即線能量，以控制縱縫焊接造成的弧度變形超差，必要時可通過改變縱縫兩側(cè)焊接順序來達(dá)到控制焊接變形的目的，焊接工藝參數(shù)見表1。

?

3.3 焊接完成后的控制

各縱縫焊接完成后施焊人員立即清理焊縫表面，進(jìn)行焊縫外觀檢查，發(fā)現(xiàn)外觀缺陷及時處理，并經(jīng)質(zhì)量檢查人員檢查合格后立即進(jìn)行焊后消氫處理，蝸殼焊接溫度控制曲線見圖2。焊縫消氫完成冷卻到環(huán)境溫度后測量蝸殼管節(jié)焊后周長，兼顧相鄰管節(jié)周長差的要求，必要時可對上、下開口進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇蚰ヌ幚怼?/p>

圖2 蝸殼焊接溫度控制曲線

4 焊后調(diào)整、內(nèi)支撐安裝

檢查、調(diào)整各部位圓度，組裝內(nèi)支撐。蝸殼制造各管節(jié)圓度檢測部位為：上、下開口；上、下中心、水平中心、縱縫兩側(cè)，對于進(jìn)口擴(kuò)散段管節(jié)，因其尺寸較大，上述測點(diǎn)間距離較遠(yuǎn)，則增加測點(diǎn)檢測，增加檢測部位為內(nèi)支撐處和距離較遠(yuǎn)點(diǎn)之間均布測量，測點(diǎn)最多達(dá)18～20點(diǎn)，完全能滿足圓度檢測要求。

調(diào)整圓度時兼顧各中心處垂直度，開口、開口對角線差及腰線及腰線差等各項目，管節(jié)長度由下料時保證，均能滿足質(zhì)量要求。

5 無損檢測

根據(jù)合同文件、設(shè)計圖紙和規(guī)范要求，縱縫焊接完成24h以后方可進(jìn)行無損檢測，包括100%超聲波（UT）和100%超聲波衍射時差法（TOFD）探傷，無損檢測結(jié)果見表2。

?

6 缺陷的處理和焊補(bǔ)

焊縫內(nèi)部缺陷采用碳弧氣刨結(jié)合角向磨光機(jī)將缺陷清除并用砂輪修磨成便于焊接的“船型”凹槽，焊補(bǔ)前要認(rèn)真檢查。采用與縱縫焊接完全相同的工藝對缺陷處進(jìn)行補(bǔ)焊。

返修后的焊縫，需經(jīng)超聲波探傷復(fù)查合格。焊縫返修次數(shù)最多不超過2次。焊縫如有第2次焊補(bǔ)時，必須制訂可靠的返修方案和措施，并經(jīng)我部技術(shù)負(fù)責(zé)人審核，經(jīng)監(jiān)理單位同意后，方可焊補(bǔ)。

7 單節(jié)管節(jié)制造驗(yàn)收

（1）管節(jié)制造各工序（防腐除外）完成后，拆除擋板、倒鏈、拉緊器等臨時設(shè)施，使蝸殼管節(jié)處于自由無拘束狀態(tài)進(jìn)行質(zhì)量檢查驗(yàn)收。

（2）清理打磨焊疤、管壁內(nèi)外的劃痕。

（3）檢查蝸殼內(nèi)外管壁質(zhì)量，表面凹坑深度不大于2mm時采用角向磨光機(jī)打磨處理，大于2mm時，則需對凹坑處進(jìn)行焊補(bǔ)，焊補(bǔ)前應(yīng)用碳弧氣刨或磨光機(jī)對凹坑處進(jìn)行處理，打磨出金屬光澤，進(jìn)行局部加溫后再行焊補(bǔ)。焊補(bǔ)后將焊補(bǔ)處磨平；打磨因瓦片吊裝造成的釣具夾痕，對所有補(bǔ)焊、打磨部位進(jìn)行液體滲透探傷檢查（PT）合格。檢查各項質(zhì)量控制指標(biāo)滿足圖紙、合同和規(guī)范要求，其蝸殼制造檢測項目允許偏差及檢測部位分別見表3和圖3。

?

8 結(jié)束語

由于在施工中嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，加強(qiáng)過程控制，目前已全部制造完成的向家壩地下電站4臺超大型金屬蝸殼，各項指標(biāo)均達(dá)到或超過規(guī)范要求，這為蝸殼順利安裝，保證安裝質(zhì)量滿足機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行要求創(chuàng)造了條件。

向家壩右岸地下廠房蝸殼開始安裝至今，1到4號機(jī)蝸殼已經(jīng)全部安裝完成，從安裝現(xiàn)場得到的消息反饋來看，安裝、監(jiān)理及業(yè)主單位對蝸殼制造質(zhì)量給予較高評價，認(rèn)為向家壩地下廠房蝸殼制造質(zhì)量優(yōu)良，為從根本上滿足蝸殼安裝質(zhì)量及進(jìn)度提供了保證。

TK730.3+12

B

1672-5387（2011）02-0037-03

2010-10-11

徐洪偉（1973-），男，工程師，從事水電站機(jī)電設(shè)備制作安裝和金屬結(jié)構(gòu)制作安裝技術(shù)管理工作。