淺談景洪水電站蝸殼安裝及質(zhì)量控制

賀 彬

中國(guó)水利水電第八工程局有限公司

1 .概述

景洪水電站水輪機(jī)機(jī)組埋件蝸殼平面尺寸為27845mm×30160mm，蝸殼水平中心線安裝高程EL531.200m，蝸殼進(jìn)口端直徑(內(nèi)徑)11.2 m。

1.1 主要內(nèi)容

蝸殼每臺(tái)重約367T，蝸殼單節(jié)最大尺寸φ11200mm×1850mm，單節(jié)最大重量為18.874T(不包括內(nèi)支撐)；現(xiàn)場(chǎng)雙管節(jié)吊裝單元最大外形尺寸約為φ11200mm×4870mm，最大吊裝單元重為22.960T(不包括內(nèi)支撐)。一臺(tái)蝸殼共有36節(jié)，全部在蝸殼埋件現(xiàn)場(chǎng)制造，包括蝸殼進(jìn)口段6節(jié)，蝸殼本體段30節(jié)。蝸殼本體段包含2個(gè)湊合節(jié)，每個(gè)湊合節(jié)兩端留有50mm余量，進(jìn)口與壓力鋼管相連接的進(jìn)口第6節(jié)留250mm余量。蝸殼制造用鋼板采用WDB620的鋼板，板厚為20mm～36mm。蝸殼排水口處鋼板最大厚度為70mm，材質(zhì)Q235。

2 .蝸殼安裝措施

2.1 蝸殼安裝

2.1.1 安裝準(zhǔn)備，安裝中心測(cè)量架、座環(huán)上環(huán)施工平臺(tái)

利用原座環(huán)測(cè)量中心的支撐平臺(tái)和座環(huán)中心控制點(diǎn)，校核機(jī)組中心線及座環(huán)平面度，使設(shè)置的中心線處于基礎(chǔ)環(huán)最佳位置。在座環(huán)及混凝土上測(cè)放蝸殼定位節(jié)安裝控制點(diǎn)和位置線；測(cè)放每管節(jié)分縫在座環(huán)過(guò)渡板上的位置；在與每節(jié)蝸殼相連的過(guò)渡板固定掛裝擋板。根據(jù)蝸殼管節(jié)吊裝順序進(jìn)行吊裝、支撐。

2.1.2 定位節(jié)安裝

1)定位節(jié)設(shè)置

機(jī)組設(shè)置的定位節(jié)為第Section29-30節(jié)、第Section16-18節(jié)、第Section1-2節(jié)。定位節(jié)的設(shè)置及掛裝順序見(jiàn)圖2-1。

2)定位節(jié)掛裝、支撐

依次將定位節(jié)吊裝到位后，用千斤頂，拉緊器來(lái)調(diào)整其位置，用經(jīng)緯儀、水平儀，鋼卷尺，線錘來(lái)檢測(cè)管節(jié)位置。管節(jié)底部布置墊楔子板支撐，在管節(jié)外緣腰部用千斤頂支承，用拉緊器固定定位節(jié)，并按工藝要求將管節(jié)點(diǎn)焊。管節(jié)吊裝前，用磨光機(jī)清掃焊縫及兩側(cè)50mm，并用50m卷尺檢查管節(jié)進(jìn)、出口的周長(zhǎng)。

3)定位節(jié)尺寸控制標(biāo)準(zhǔn)

定位節(jié)中心至座環(huán)中心，定位節(jié)水平點(diǎn)至座環(huán)中心距離。最遠(yuǎn)點(diǎn)到機(jī)組中心線距離偏差不超過(guò)±5mm，蝸殼中心高程偏差不超過(guò)±5mm，蝸殼上下最大尺寸偏差不超過(guò)±8mm，進(jìn)口端面垂直度上下偏差不大于5mm。蝸殼與過(guò)渡板中心錯(cuò)位不大于2mm，焊縫間隙為2～4mm，如達(dá)不到要求可長(zhǎng)焊處理。調(diào)整定位節(jié)管口的傾斜值不大于5mm，定位節(jié)管口與基準(zhǔn)線偏差不大于±5mm。最遠(yuǎn)點(diǎn)半徑偏差不大于±0.004R(R為最遠(yuǎn)點(diǎn)半徑值)。定位節(jié)大、小垂直度度偏差不大于3mm。定位節(jié)水平點(diǎn)允許向上偏5～10mm。定位節(jié)大口水平點(diǎn)允許向前偏5mm。定位節(jié)調(diào)整合格后，填寫(xiě)驗(yàn)收表格，通知監(jiān)理和廠商進(jìn)行測(cè)量檢查，合格后簽字驗(yàn)收。

圖2 -1蝸殼定位節(jié)的設(shè)置及掛裝順序圖

2.1.3 其它管節(jié)的安裝

當(dāng)一個(gè)定位節(jié)方向掛裝三節(jié)，焊縫調(diào)整驗(yàn)收合格后，就可以開(kāi)始焊接。采取邊掛裝、邊焊接的方式依次安裝其它管節(jié)。按定位節(jié)的安裝工藝，分別掛裝、支撐、調(diào)整其余管節(jié)。環(huán)縫壓縫前要復(fù)核相鄰兩節(jié)的周長(zhǎng)，根據(jù)蝸殼斷面周長(zhǎng)差，確定環(huán)縫對(duì)接的錯(cuò)牙值。環(huán)縫壓縫要從腰部遠(yuǎn)點(diǎn)開(kāi)始，上、下兩過(guò)渡板結(jié)束，保證蝸殼中心線錯(cuò)牙，壓縫時(shí)要盡量少焊“壓碼”。各節(jié)蝸殼掛裝、焊接時(shí)，原則上以定位節(jié)為基準(zhǔn)沿兩邊對(duì)稱掛裝，控制湊合節(jié)兩相鄰管節(jié)在同一時(shí)段內(nèi)完成掛裝，焊接。蝸殼進(jìn)水口直管段的調(diào)整應(yīng)根據(jù)引水鋼管偏差進(jìn)行校正。

1)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

各節(jié)間與、蝸殼與座環(huán)連接的對(duì)接焊縫一般2～4mm，過(guò)流面錯(cuò)牙不超過(guò)板厚的10%，但縱縫錯(cuò)牙控制在2mm，環(huán)縫錯(cuò)牙不大于3 mm。

其它標(biāo)準(zhǔn)按下表要求執(zhí)行。

序號(hào) 項(xiàng)目 允許偏差 說(shuō)明1 直管段中心D蝸殼進(jìn)口直徑。若鋼管已安裝好，則以鋼管管口為基準(zhǔn)，中心偏差不應(yīng)超過(guò)蝸殼板厚的15%。高程 ±5 2 最遠(yuǎn)點(diǎn)高程 ±15 3 定位節(jié)管口傾斜值 5 4 定位節(jié)管口與基準(zhǔn)線偏差 ±5 5 最遠(yuǎn)點(diǎn)半徑 ±0.004R R最遠(yuǎn)點(diǎn)半徑設(shè)計(jì)值6 管口節(jié)高 ±0.002H H管口節(jié)高到機(jī)組Y軸線的距離 0.003D

2.1.4 湊合節(jié)安裝

當(dāng)湊合節(jié)兩邊的管節(jié)、掛裝、環(huán)縫焊接完成后，在蝸殼管節(jié)與座環(huán)過(guò)渡段焊接前，進(jìn)行湊合節(jié)的安裝。湊合節(jié)采取在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行劃線配割的方法。

1)瓦塊吊裝前，測(cè)量所有瓦塊的幾何尺寸及湊合節(jié)安裝位置的尺寸。2)瓦塊安裝時(shí)，先從下向上進(jìn)行安裝。3)根據(jù)所測(cè)量的尺寸將瓦塊調(diào)整到位，瓦塊盡量貼近蝸殼，從蝸殼內(nèi)按實(shí)際位置劃切割線，采用磁力切割機(jī)切割，切割時(shí)，將瓦塊墊高，避免割傷蝸殼。切割完畢后，將瓦塊調(diào)整到位，按要求點(diǎn)焊瓦塊。

2.1.5 蝸殼進(jìn)口湊合節(jié)安裝

當(dāng)進(jìn)口管節(jié)、掛裝、環(huán)縫焊接完成后，進(jìn)行進(jìn)口管節(jié)湊合節(jié)的安裝。為滿足蝸殼進(jìn)口湊合節(jié)安裝要求，對(duì)機(jī)組進(jìn)口第5節(jié)的安裝位置提出如下控制要求：

1)與上游鋼管出口相對(duì)位置偏差，管節(jié)周向均勻測(cè)量(至少8點(diǎn))，要求各點(diǎn)的相對(duì)錯(cuò)位≤5mm。2)蝸殼進(jìn)口管節(jié)(進(jìn)口第5節(jié))垂直度控制在5mm之內(nèi)。3)蝸殼進(jìn)口管節(jié)湊合節(jié)安裝方法采取在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行劃線配割的方法，與其它湊合節(jié)類似。

2.2 蝸殼焊接

2.2.1 焊前準(zhǔn)備

對(duì)所有參與蝸殼焊接相關(guān)工作的人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，熟悉焊接工藝、焊接參數(shù)，并要求在施工過(guò)程中嚴(yán)格按照焊接工藝執(zhí)行。

對(duì)電焊機(jī)、焊條烘烤箱、保溫箱、加熱板、溫控箱、遠(yuǎn)紅外線測(cè)溫儀、保溫筒等設(shè)備進(jìn)行認(rèn)真檢查，確保設(shè)備處于完好狀態(tài)。操作人員應(yīng)熟悉設(shè)備的性能，使用及保養(yǎng)，設(shè)備接地應(yīng)可靠，配備消防設(shè)施，保證施工過(guò)程中所有設(shè)備安全可靠。

2.2.2 焊接預(yù)熱

采用電加熱器進(jìn)行預(yù)熱，在焊縫兩側(cè)各100mm處布置加熱片。預(yù)熱在坡口兩側(cè)均勻進(jìn)行，防止局部過(guò)熱，預(yù)熱升溫不超過(guò)1.5～2℃/min；焊接完成，均勻自然冷卻。

預(yù)熱設(shè)備采用(5～10kw)履帶式加熱板，測(cè)溫設(shè)備采用紅外線測(cè)溫儀。預(yù)熱區(qū)的寬度為焊縫中心線兩側(cè)各3倍板厚，且不小于100mm。

預(yù)熱溫度統(tǒng)一為80℃。

層間溫度：最高層間溫度≤220℃。

2.2.3 焊接工藝規(guī)范

焊接材料：E9015-G(金橋607RH)焊接工藝規(guī)范見(jiàn)下表。

蝸殼焊縫主要焊接工藝參數(shù)

焊條規(guī)格 電壓（V）平、橫焊電流（A） 立焊（A） 仰焊（A） V（mm/min）Φ3.2mm 21～24 90～140 80～120 90～130 60～200 Φ4.0mm 22～25 140～200 120～170 130～185 60～200

2.2.4 焊接

施焊前焊工應(yīng)對(duì)焊接工件的組裝質(zhì)量進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)尺寸超差或坡口及其附近有缺陷，應(yīng)及時(shí)提出，并進(jìn)行修復(fù)。對(duì)于間隙偏大的焊縫，先進(jìn)行鑲邊焊，當(dāng)間隙和成型坡口滿足要求后再行施焊。

為減少焊接變形，所有焊縫均采取多層多道分段退步焊，并用φ3.2mm焊條打底和蓋面，其余各層用φ4.0焊條焊接，焊道寬度≤4倍焊條直徑。蝸殼調(diào)整合格后，在上、下過(guò)渡板、環(huán)縫背縫處進(jìn)行定位焊，焊縫厚度以15 ～20mm左右為宜，每段長(zhǎng)80～100 mm，間距500 mm左右。

1)焊接順序。焊接順序?yàn)椋何仛す芄?jié)環(huán)縫焊接→湊合節(jié)縱縫焊接→湊合節(jié)環(huán)縫焊接→蝸殼與座環(huán)上、下過(guò)渡板環(huán)縫焊接

2)環(huán)縫焊接。環(huán)縫采用多層多道、分段退步焊，層間接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)50mm以上。如下圖所示：

圖2 -2環(huán)縫焊接布置及焊接方向

3)湊合節(jié)焊接。焊接湊合節(jié)時(shí)，先焊完①，然后焊完②，最后焊接③。焊接方法與環(huán)縫焊接相同，應(yīng)該注意在焊接①、②時(shí)，③不能定位焊，保持橫向自由狀態(tài)，如圖2-3。

圖2 -3湊合節(jié)焊接

過(guò)渡板與蝸殼焊接采用多層多道分段退步焊，每段長(zhǎng)度200～400mm，上下過(guò)渡板同時(shí)對(duì)稱施焊。

2.2.5 焊接質(zhì)量檢查

1.每道焊縫焊完后，焊工應(yīng)打盡藥皮進(jìn)行自檢，發(fā)現(xiàn)缺陷或焊縫尺寸不符合要求要及時(shí)進(jìn)行處理，檢查合格后，要將自己的鋼印代號(hào)用金屬專用筆寫(xiě)在適當(dāng)位置，以便質(zhì)檢人員進(jìn)行檢查和探傷。焊縫檢查和探傷人員必須持證上崗，方可進(jìn)行焊縫檢查和探傷工作。

2.蝸殼焊縫探傷

(1)打磨焊縫表面，所有焊縫應(yīng)在焊接完成24小時(shí)后進(jìn)行UT、PT探傷檢查，探傷標(biāo)準(zhǔn)按圖紙要求ASME第Ⅷ卷第一部分附錄UW-51，12和8執(zhí)行。

(2)對(duì)探傷不合格部位，用碳弧氣刨清除缺陷，打磨并做PT探傷，確認(rèn)無(wú)缺陷后再施焊，焊接工藝要求同蝸殼焊接工藝。

(3)座環(huán)與蝸殼相連接的上、下過(guò)渡段環(huán)縫，節(jié)與節(jié)間的所有臨時(shí)搭板割掉后磨平，局部凹陷需修補(bǔ)焊縫表面，均進(jìn)行表面PT探傷檢查。

(4)焊縫檢驗(yàn)詳細(xì)要求見(jiàn)下表。

蝸殼安裝焊縫檢測(cè)

無(wú)損檢測(cè) 目檢 尺寸檢查 PT UT探傷比例 100% 100% 100% 100%單面或雙面 雙面 雙面 雙面 單面

3.蝸殼焊后尺寸檢查

(1)蝸殼工地焊縫的對(duì)接錯(cuò)口應(yīng)不大于2㎜。(2)各節(jié)水平點(diǎn)至座環(huán)中心距離偏差為±0.4Re%。(3)進(jìn)水口中心高程偏差為±5㎜。(4)進(jìn)水口中心至＋Y軸的距離±0.3D%。(5)圖紙要求的其它檢查項(xiàng)目。

2.2.6 焊縫返修規(guī)定

1.經(jīng)探傷評(píng)定不合格的焊縫，由探傷工程師將其焊縫位置、名稱、缺陷部位、性質(zhì)、級(jí)別填寫(xiě)在“焊縫返修卡”上交焊接檢查員和技術(shù)人員，同時(shí)將缺陷部位在焊縫上標(biāo)出。2.焊接技術(shù)人員在弄清缺陷產(chǎn)生原因后，填寫(xiě)返修卡，并附上缺陷處理工藝措施，然后交焊接工程師處理。3.焊縫修補(bǔ)、返修后，焊工及焊接檢查員要對(duì)其進(jìn)行檢查，并填寫(xiě)返修卡“處理情況”欄后，再按要求進(jìn)行復(fù)探。4.焊縫返修要求一次返修成功，不允許達(dá)到或超過(guò)兩次。

2.2.7 返修措施

1.焊縫上發(fā)現(xiàn)有不允許缺陷，焊工不得自行修補(bǔ)，必須及時(shí)申報(bào)焊接技術(shù)負(fù)責(zé)人、監(jiān)理及廠家代表。2.焊縫缺陷處理可用碳弧氣刨、風(fēng)鏟、砂輪或其它機(jī)械方法清除，不允許用電弧或氣割火焰熔除。3.缺陷清除干凈后，必須將焊道內(nèi)的鐵屑、熔渣及灰塵等雜質(zhì)清除干凈后才能進(jìn)行補(bǔ)焊。4.補(bǔ)焊焊接規(guī)范及工藝措施與原工藝相同。原工藝要求預(yù)熱的，返修時(shí)也必須按要求預(yù)熱。

2.2.8 焊接變形監(jiān)視

在座環(huán)上、下環(huán)板面上、底部環(huán)板上取8點(diǎn)，沿周向均布，并打上相應(yīng)標(biāo)記，用水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)兩面的平面度和半徑變化；固定導(dǎo)葉中心水平及高程。每完成下述工序時(shí)，都要對(duì)變形進(jìn)行測(cè)量并做記錄。并根據(jù)測(cè)量結(jié)果，調(diào)整焊接順序以控制焊(變形在允許范圍內(nèi)。

1)每節(jié)蝸殼組合完成開(kāi)焊前、后；2)蝸殼湊合節(jié)組合完成開(kāi)焊前、后；3)蝸殼進(jìn)口湊合節(jié)組合完成開(kāi)焊前、后。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述安裝工藝及焊接控制，大大提高了蝸殼安裝、焊接的質(zhì)量水平，蝸殼安裝及焊接合格率數(shù)據(jù)優(yōu)于國(guó)標(biāo)要求及同類型蝸殼焊接合格率，最終得到業(yè)主、監(jiān)理的一致好評(píng)并被評(píng)為樣板工程，值得在同行業(yè)內(nèi)推廣。

[1]《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》(GB/T8564)。

[2]《水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》(GB/T7894)。

[3]謝壽巍，淺談糯扎渡水電站4號(hào)機(jī)蝸殼掛裝、焊接質(zhì)量控制，中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)會(huì)刊：水電站機(jī)電技術(shù)，2012 vol.35：96～98。