輸變電工程鋼預(yù)埋件埋弧螺柱焊及預(yù)埋件安裝調(diào)節(jié)器的研究應(yīng)用

陳松泉，紀(jì) 旻，劉 提，葛慧聰，孟俊俊，章金晶

（1.浙江電力建設(shè)監(jiān)理有限公司， 浙江 杭州 310008；2.浙江省電力公司溫州供電公司， 浙江 溫州 325000）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，特別是我國大力發(fā)展特高壓輸電以來，輸變電工程的建設(shè)投入越來越多。輸變電工程是確保整個電力系統(tǒng)安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運行的重要環(huán)節(jié)，其安全穩(wěn)定運行關(guān)系著國家電網(wǎng)“堅強(qiáng)電網(wǎng)”的使命。

在輸變電工程建設(shè)中，鋼預(yù)埋件施工是關(guān)鍵工序之一，其施工質(zhì)量直接影響著變電設(shè)施的安全穩(wěn)定運行。探討鋼預(yù)埋件制作安裝的工藝更新，對提高鋼預(yù)埋件的施工質(zhì)量優(yōu)良率，具有十分重要的意義。

1 鋼預(yù)埋件的焊接質(zhì)量

1.1 傳統(tǒng)鋼預(yù)埋件的焊接工藝

傳統(tǒng)的鋼預(yù)埋件焊接，受施工環(huán)境、焊接設(shè)備及操作人員等條件的約束，通常采用較為簡單的角焊。它屬于電弧焊中的一種，具有焊接設(shè)施要求簡單、操作靈活等優(yōu)點。但是，角焊工藝容易出現(xiàn)焊縫，表面成形粗劣、氣孔及咬邊嚴(yán)重等現(xiàn)象。這些缺陷會降低焊接接頭的強(qiáng)度，特別是咬邊缺陷，不僅使鋼筋斷面減少，而且會造成應(yīng)力集中，降低接頭可靠性。同時，當(dāng)鋼筋直徑較粗時，需要采取多層多道焊，費工費焊條(如鋼筋咬邊)，不僅工效低而且影響鋼預(yù)埋件焊接接頭的質(zhì)量。

1.2 更新鋼預(yù)埋件焊接工藝的可行性分析

根據(jù)調(diào)研資料的研究分析，傳統(tǒng)的鋼預(yù)埋件角焊存在的工藝問題。筆者公司決定立項對此進(jìn)行試驗研究，提出三種鋼預(yù)埋件焊接的更新方案：鋼預(yù)埋件 T 形接頭穿孔塞焊方案；鋼預(yù)埋件 T 形接頭埋弧壓力焊方案；鋼預(yù)埋件 T 形接頭埋弧螺柱焊方案。

1.2.1 鋼預(yù)埋件T形接頭穿孔塞焊方案

預(yù)埋件 T 形接頭可分為角焊和穿孔塞焊兩種。據(jù)鋼筋焊接標(biāo)準(zhǔn)編寫專家及有經(jīng)驗的焊工的介紹，鋼預(yù)埋件焊接采用穿孔塞焊工藝，焊接接頭外觀質(zhì)量和力學(xué)性能都容易保證。但是，鋼預(yù)埋件穿孔塞焊接頭的焊接成本遠(yuǎn)大于鋼預(yù)埋件 T形接頭的角焊工藝。雖然能確保焊接外觀質(zhì)量和內(nèi)在性能要求，但要打孔、開坡口，還要填充許多熔敷金屬。因此，接頭的單價比較高，耗時也比較多。

1.2.2 鋼預(yù)埋件T形接頭埋弧壓力焊方案

預(yù)埋件鋼筋埋弧壓力焊對焊接預(yù)埋件鋼筋是可選擇的合理焊接工藝。其操作方便、經(jīng)濟(jì)，接頭外觀的質(zhì)量和接頭強(qiáng)度容易滿足設(shè)計及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。但是，預(yù)埋件 T 形接頭埋弧壓力焊的設(shè)備，除焊接電源外尚沒有正式的設(shè)備產(chǎn)品，自制埋弧壓力焊設(shè)備尚有一定難度。

1.2.3 鋼預(yù)埋件T形接頭埋弧螺柱焊方案

鋼預(yù)埋件 T 形接頭埋弧螺柱焊的基本原理是：利用施工單位現(xiàn)有的焊接栓釘?shù)穆葜笝C(jī)作為焊接設(shè)備，采用螺柱焊焊槍的夾頭將鋼筋夾緊，垂直頂壓在鋼板上，注滿焊劑；利用螺柱焊主機(jī)輸出強(qiáng)電流，通過鋼筋與鋼板接觸點的瞬間上提鋼筋引燃電?。唤?jīng)短時燃燒，融化鋼筋端部和鋼板表面，形成溶池；按照設(shè)置的焊接電流和焊接時間，使鋼筋端部插入溶池；斷電，停歇數(shù)秒鐘，去掉渣殼，露出光澤焊包；焊接結(jié)束。鋼預(yù)埋件 T 形接頭埋弧螺柱焊是一種焊接新工藝，具有埋弧、焊接時間短、焊接過程全自動進(jìn)行、焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接強(qiáng)度高等特點。

上述焊接工藝各有特點。經(jīng)比較分析，輸變電工程鋼預(yù)埋件 T 型接頭埋弧螺柱焊與目前電力工程的施工條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相適應(yīng)，更優(yōu)于其他焊接新工藝。因此結(jié)合試點工程現(xiàn)有條件，確定埋弧螺柱焊為研究試驗更新的焊接工藝。

1.3 輸變電工程鋼預(yù)埋件T型接頭埋弧螺柱焊的試驗

整個鋼預(yù)埋件 T 型接頭埋弧螺柱焊試驗研究過程處于半自動狀態(tài)。焊接過程是全自動的，但移動過程還是手工的。初始試驗階段，預(yù)埋件 T 型接頭埋弧螺柱焊接頭的外觀質(zhì)量也容易存在不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)象，焊接表面及斷口內(nèi)部均有氣孔缺陷。分析產(chǎn)生氣孔的主要原因：地處江南水鄉(xiāng)的試驗場所，空氣濕度大，熔池容易混入水分；焊接區(qū)域存在的鐵銹在焊接高溫時產(chǎn)生有害成分進(jìn)入熔池；焊劑未按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定烘焙、保溫和使用；電磁偏吹，會導(dǎo)致熔融金屬不均勻分布等。針對表面氣孔形成的原因，提出了包括：焊接部位按標(biāo)準(zhǔn)要求去銹；焊劑在 350℃ 下烘焙 2 h，隨用隨取；采用對稱接地線的方法克服電磁偏吹等防治措施。經(jīng)試驗還發(fā)現(xiàn)：鋼筋伸出長度越長，電阻熱越大，溶化速度越快，熔敷金屬量越大。因此，應(yīng)選擇合適的伸出長度，力求焊縫飽滿，采用正交試驗法合理選擇焊接參數(shù)，以確保焊接穩(wěn)定性，達(dá)到最佳焊接效果。

通過鋼預(yù)埋件 T 型接頭埋弧螺柱焊的試驗研究表明，埋弧螺柱焊的性能指標(biāo)完全滿足規(guī)范要求。應(yīng)總結(jié)焊接經(jīng)驗，編制作業(yè)指導(dǎo)書，加強(qiáng)焊工培訓(xùn)，提高焊工操作水平，形成專業(yè)化隊伍，達(dá)到專業(yè)化施工水平，將鋼預(yù)埋件 T 型接頭埋弧螺柱焊在各類輸變電工程推廣使用。

2 預(yù)埋件的安裝質(zhì)量

傳統(tǒng)預(yù)埋件的安裝以鋼筋骨架為承載平臺，將預(yù)埋件固定在鋼筋骨架上面。這種方法容易產(chǎn)生位移，預(yù)埋件安裝質(zhì)量不理想；并且在固定預(yù)埋件時是將預(yù)埋件焊接在鋼筋上面的，在焊接過程中鋼筋受熱其材性可能發(fā)生變化。這種預(yù)埋件固定方法缺乏一定的科學(xué)合理性。

為了調(diào)整預(yù)埋件標(biāo)高，研制一種非固定式標(biāo)高調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器由同軸設(shè)置的可置換不同長度的移動端桿件、普通連接桿、調(diào)節(jié)桿件(可為雙頭螺桿或調(diào)節(jié)花籃螺絲)、普通連接桿(可分為上桿件和下桿件兩節(jié))、固定桿件底座等組成。移動端桿件頂座為套設(shè)橄欖珠及球窩的可活動頂座，使頂座與預(yù)埋件的接觸確保是面的接觸。將普通連接桿分為上桿件和下桿件兩節(jié)同軸插接。當(dāng)預(yù)埋件錨筋及鋼筋排布較密集時，要將整個調(diào)節(jié)器放置于固定位置較為困難。因此，可通過上桿件和下桿件拆離，將調(diào)節(jié)器分成上下兩部分。擺放好固定桿件底座后，再通過上桿件插入下桿件，從而組裝成整個調(diào)節(jié)器。固定桿件底座為“三角支架”結(jié)構(gòu)模式，以便調(diào)節(jié)器具有較大的穩(wěn)定性，當(dāng)安裝空間充裕，調(diào)節(jié)器工作受力時不易發(fā)生傾斜。

鋼預(yù)埋件軸線及鋼預(yù)埋件前后左右位置的調(diào)整采用水平方向調(diào)節(jié)器調(diào)整：調(diào)節(jié)器由同軸設(shè)置的可置換不同長度的推拉桿件、調(diào)節(jié)桿件(是雙頭螺桿)、可置換不同長度的定點桿件和兩個普通水平連接桿組成。

3 工程實例

3.1 鋼預(yù)埋件焊接新工藝實施

在浙江嘉興的 500 kV 桐鄉(xiāng)變電站工程實施了鋼預(yù)埋件 T形接頭埋弧螺柱焊的新工藝。根據(jù)工藝試驗及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編寫了新工藝作業(yè)指導(dǎo)書，加強(qiáng)新工藝的技術(shù)交底和對相關(guān)人員的操作培訓(xùn)，利用施工單位現(xiàn)有焊接栓釘?shù)穆葜笝C(jī)進(jìn)行預(yù)埋件埋弧螺柱焊，并按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) JGJ 18—2012《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》的要求進(jìn)行新工藝實施.試驗達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。具體實施情況如下。

(1)鋼筋牌號 HRB400，直徑 12 mm；鋼板牌號 Q235B，厚度 12 mm，尺寸 250 mm×250 mm。分別應(yīng)用于主變基礎(chǔ)和GIS 基礎(chǔ)。焊機(jī)型號為 RSM5-3150；焊劑牌號為 HJ431，烘焙溫度為 350℃，時間 2 h；150℃ 保溫，隨用隨取。

(2)焊接參數(shù)：焊接電流為 920A，焊接時間 7 s，提升高度 5 mm，伸出長度 10 mm。

(3)接頭外觀質(zhì)量檢查符合 JGJ 18—2012《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》中第 5.7 節(jié)要求。

(4)通過對接頭力學(xué)性能檢驗的拉伸試驗，從鋼筋焊接檢測結(jié)果可以看出：①斷裂于鋼筋母材，抗拉強(qiáng)度為 555 MPa～600 MPa，合格；②鋼預(yù)埋件T型接頭采用埋弧螺柱焊的焊接方法，其焊縫外觀和力學(xué)性能均達(dá)到了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

3.2 預(yù)埋件安裝調(diào)整器實施

浙江麗水的 1 000 kV 浙南變電站工程屬于特高壓工程，有較多的鋼預(yù)埋件的安裝質(zhì)量，將直接影響整個工程的施工質(zhì)量和進(jìn)度。為了確保整個工程高速、優(yōu)質(zhì)、按期完成，浙南變電站鋼預(yù)埋件的安裝采用了安裝新工藝。首先是實行預(yù)埋件廠內(nèi)預(yù)驗收及進(jìn)場復(fù)驗制度，確保預(yù)埋件制作質(zhì)量符合要求。其次是根據(jù)鋼埋件安裝調(diào)整器的研發(fā)原理及使用方法，編寫新工藝作業(yè)指導(dǎo)書，加強(qiáng)新工藝的技術(shù)交底、并進(jìn)行人員操作培訓(xùn)。同時，采取有效措施，確保預(yù)埋件安裝在正常施工條件下進(jìn)行。

生產(chǎn)實踐表明，這種預(yù)埋件安裝調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，能對尺寸進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)。通過其在 1 000 kV 浙南變電工程的施工應(yīng)用，不僅主要設(shè)備基礎(chǔ)預(yù)埋件的安裝質(zhì)量合格率達(dá)到 100%，且其質(zhì)量一次優(yōu)良率達(dá)到了 90% 以上，保證了變電工程預(yù)埋件安裝的標(biāo)高和尺寸位置的準(zhǔn)確，實現(xiàn)了主要設(shè)備基礎(chǔ)無墊片，而且應(yīng)用產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也是明顯的，達(dá)到了節(jié)能降耗、降低投入、減少勞動力的工程目標(biāo)。

4 結(jié) 語

工程應(yīng)用研究表明，更新的輸變電工程主要設(shè)備基礎(chǔ)鋼預(yù)埋件埋弧螺柱焊，具有埋弧、焊接時間短、接頭質(zhì)量可靠、焊縫強(qiáng)度高等特點。其工藝及試驗夾具已由來施工現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督檢查的專家(中國電力建設(shè)專家委員會專家)推薦，分別列入 14G 910《高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用技術(shù)圖示》及現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 27—2014《鋼筋焊接接頭試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》；其研制的可進(jìn)行高度及水平位置調(diào)節(jié)的預(yù)埋件安裝調(diào)節(jié)器，已獲國家知識產(chǎn)權(quán)局授予的實用新型專利(專利號 201420052977.3)。輸變電工程鋼預(yù)埋件采用埋弧螺柱焊及安裝調(diào)節(jié)器，明顯提高了施工效率, 降低了工程成本, 實現(xiàn)了焊接工藝的更新和主要設(shè)備的無墊片安裝。值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用，有良好的發(fā)展前景。