兩河口水電站水輪機(jī)座環(huán)組焊施工工藝簡述

賈棟林

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明650032）

1 概述

兩河口水電站水輪機(jī)座環(huán)為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，座環(huán)本體由上環(huán)板、下環(huán)板、固定導(dǎo)葉、過渡板、底環(huán)支持板等組成，座環(huán)下部支持板上設(shè)有填料孔、灌漿孔、排氣孔。座環(huán)分4瓣到貨，單瓣重量最大為75.7 t，整體組焊后重約280 t。在現(xiàn)場組焊后吊入機(jī)坑，并在澆筑后的機(jī)坑內(nèi)采用立式車床完成座環(huán)的現(xiàn)場加工。其組裝、焊接時(shí)主要工藝控制重點(diǎn)為座環(huán)圓度及上法蘭和上下環(huán)板的水平度，以及各拼裝焊縫的焊接質(zhì)量。

2 座環(huán)組裝施工工藝

分瓣座環(huán)的組裝、焊接在地下廠房安裝間進(jìn)行，組裝前在安裝間使用全站儀放出每瓣座環(huán)基礎(chǔ)板位置，在每瓣前后基礎(chǔ)板位置擺放3個(gè)鋼支墩，并配置成對的楔子板將所有支墩頂面調(diào)至統(tǒng)一高程。按座環(huán)安裝方位先進(jìn)行第一瓣座環(huán)吊裝就位，就位后使用水準(zhǔn)儀將下環(huán)板調(diào)平，并進(jìn)行臨時(shí)支撐和加固。然后依次吊裝相鄰兩瓣，當(dāng)相鄰兩瓣靠近第一瓣時(shí)，使用手拉葫蘆和千斤頂調(diào)整吊裝的分瓣座環(huán)高度和水平，緩慢穿入連接螺栓。

最后一瓣座環(huán)吊裝前，測量相鄰兩瓣的開口值，兩邊各預(yù)留5 cm間隙，采用插入方式進(jìn)行最后一瓣的拼裝，檢查組合縫錯(cuò)牙，使用手拉葫蘆、千斤頂調(diào)整座環(huán)各分瓣面錯(cuò)牙和水平度，檢查組合縫間隙，預(yù)緊組合縫把合螺栓。當(dāng)座環(huán)分瓣面組合縫間隙、錯(cuò)牙滿足要求后，進(jìn)行現(xiàn)場座環(huán)圓度、水平度等測量檢查工作，如圖1所示。

圖1 座環(huán)分瓣組裝示意圖

3 現(xiàn)場施工布置

座環(huán)組裝檢查合格后，為確保座環(huán)的焊接質(zhì)量，需要進(jìn)行擋風(fēng)布置、并配置充足的照明、施工通道、施工平臺、測量平臺等，如圖2所示。

圖2 座環(huán)組裝、焊接期間施工布置

4 座環(huán)焊接施工工藝

4.1 分瓣座環(huán)工藝參數(shù)

座環(huán)由上環(huán)板、下環(huán)板、上/下過渡板、中法蘭、下法蘭、立圈、封板1、封板2、封板3、不銹鋼錐段和不銹鋼下法蘭等組成。其中上環(huán)板、下環(huán)板、上法蘭、下法蘭材質(zhì)為 S355 J2-Z35，上/下過渡段及蝸殼材質(zhì)為HD610CF，中法蘭、下法蘭、立圈、封板1、封板2、封板3 材質(zhì)為Q345B，不銹鋼錐段和不銹鋼下法蘭材質(zhì)為0Cr13Ni5Mo。施焊前根據(jù)座環(huán)各部位材質(zhì)和板厚，制定座環(huán)分瓣面各焊接部位所使用的焊接材料、預(yù)熱溫度、焊接工藝參數(shù)，如表1、表2所示。

表1 焊接材料、預(yù)熱溫度及層間溫度表

表2 座環(huán)焊接工藝參數(shù)表

4.2 座環(huán)焊接變形監(jiān)測及焊接順序

座環(huán)現(xiàn)場焊接采用8名焊工，分別在各組合縫位置采取對稱、多層、多道焊接。焊接前在分瓣組合面的焊縫兩邊打樣沖眼進(jìn)行距離標(biāo)注，用于焊接完成后校對焊接變形量。在座環(huán)中間安裝焊接變形百分表實(shí)時(shí)監(jiān)測支架，焊接過程中根據(jù)百分表監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整8名焊工的焊接順序及速度。

座環(huán)焊接前，為減少焊接變形，在每瓣座環(huán)分瓣面的組合縫位置，按圖3所示焊接8塊騎馬板，與廠家到貨的已經(jīng)預(yù)緊的組合塊螺栓共同約束現(xiàn)場焊接變形。

上/下環(huán)板、中法蘭組合縫定位焊及正式焊接均先由內(nèi)向外分段施焊，打底焊及蓋面焊使用直徑Φ3.2 mm焊條。其他各層焊縫根據(jù)變形監(jiān)測情況選用Φ3.2 mm焊條、Φ4.0 mm焊條，焊接過程中除底層、表層焊縫不進(jìn)行錘擊外，其余各層焊縫逐層進(jìn)行錘擊消應(yīng)。

焊接過程中上、下層焊縫的接頭處錯(cuò)開30～50 mm，焊道寬度控制在焊條直徑的5倍以下，焊接過程中使用百分表進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)時(shí)調(diào)整焊接順序和方向。各部位焊縫焊接完成后，除需要后熱焊縫立即進(jìn)行200～250℃后熱1 h外，其余焊縫采用保溫被覆蓋后自然冷卻至室溫。

座環(huán)分瓣面騎馬板和定位焊焊接完成后，進(jìn)行座環(huán)分瓣面焊縫的正式焊接，焊接按如下順序進(jìn)行：

首先焊接上環(huán)板焊縫1、下環(huán)板焊縫2，采用分段多層多道退步焊接方法，每段長約為300 mm。根部兩道焊縫由內(nèi)向外焊接，其余各層焊接方向交替相反。

然后焊縫1和焊縫2焊2～3層后，用同樣方法焊接焊縫3、焊縫4，交替焊接焊縫1～4，直至焊滿。最后焊接焊縫5～6，焊接完成后緩慢降至室溫,復(fù)測座環(huán)整體水平度和圓度。

上、下環(huán)板焊接完成后進(jìn)行中法蘭面的焊接，焊接前對環(huán)板進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到溫度要求后由4名焊工交替焊接焊縫21和22直至焊滿。

中法蘭面焊接完成后進(jìn)行立圈和不銹鋼段的焊接，焊接前對其焊縫區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到溫度要求后交替焊接焊縫11～16。

立圈和不銹鋼段焊接完成對上法蘭焊縫區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱加溫，達(dá)到溫度要求后交替焊接焊縫17～20。

安裝上、下過渡板，調(diào)整過渡板間相鄰間隙和錯(cuò)牙，測量上、下過渡板開口值，符合要求后進(jìn)行上、下過渡板的焊接，焊接前進(jìn)行預(yù)熱，焊接采用多層多道，上、下同時(shí)對稱焊接，首先焊接過渡段與上、下環(huán)板23～24焊縫的大坡口焊縫至坡口深度的1/2。然后對23～24焊縫過渡段與上、下環(huán)板之間的小坡口側(cè)進(jìn)行清根、打磨，徹底清除滲碳層，探傷合格后，交替焊接過渡段與上、下環(huán)板及過渡段之間的大、小坡口焊縫，直至焊滿。

過渡板與上、下環(huán)板焊接完成后，進(jìn)行過渡板間焊縫的焊接，首先焊接25～26焊縫過渡段之間的大坡口焊縫至坡口深度的1/2。背縫清跟并探傷合格后，交替焊接過渡段與上、下環(huán)板及過渡段之間的大、小坡口焊縫，直至焊滿。

上、下過渡板焊接完成并探傷合格后，安裝座環(huán)組合縫處的安裝封板，對焊縫區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱加溫，滿足要求后交替焊接焊縫7～10和焊縫27～28。

圖3 座環(huán)分瓣組合縫面焊接順序示意圖

4.3 座環(huán)無損檢測

分瓣座環(huán)經(jīng)現(xiàn)場焊接后，焊縫的無損檢測，根據(jù)其組合縫熔覆金屬的填充深度進(jìn)行檢測。無損檢測根據(jù)施工工序分3階段完成，首先在上、下環(huán)板焊接完成后，先進(jìn)行100%MT、100 UT探傷合格后，才能進(jìn)行分瓣面處上、下過渡板的安裝；第二階段為分瓣面處上、下板焊接完成后，需要先進(jìn)行100%MT、100 UT探傷合格后，才能進(jìn)行分瓣面處封板的安裝；第三階段為封板焊接完成后的無損檢測。

5 結(jié)束語

兩河口水電站分瓣座環(huán)在上、下過渡板采取了中部留有100 mm寬、800 mm長的鈍邊組合面設(shè)計(jì)，其余除過渡板外各部位也采取了非焊透式焊縫結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)上降低了現(xiàn)場組裝后調(diào)平難度以及減少了現(xiàn)場焊接引起的局部變形，加之現(xiàn)場采取了焊接變形預(yù)防措施和實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)控措施，有效降低了現(xiàn)場座環(huán)焊接變形控制的難度和風(fēng)險(xiǎn)，通過兩河口電站前2臺水輪機(jī)座環(huán)組裝及焊接工藝的實(shí)施，各項(xiàng)驗(yàn)收數(shù)據(jù)均優(yōu)于國家規(guī)范及廠家要求，達(dá)到了非常理想的水平，為同類型水輪機(jī)座環(huán)組裝、焊接提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。