縮短瓦村水電站蝸殼安裝工期淺析

梁 軍

（廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340）

0 引言

本文選用的工程項(xiàng)目實(shí)例為瓦村水電站機(jī)電安裝工程——瓦村水電站是一座以發(fā)電為主，以改善航運(yùn)和水環(huán)境并兼顧灌溉、供水、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的水電站工程。電站設(shè)有3臺(tái)發(fā)電機(jī)組，布局如圖1所示，單機(jī)容量76.67 MW，總裝機(jī)230 MW。其中設(shè)計(jì)最大水頭為85.8 m，最小水頭為61.5 m，全年加權(quán)平均水頭81.27 m，豐水期加權(quán)平均水頭81.79 m，少水期加權(quán)平均水頭80.13 m，額定水頭76 m。瓦村水電站水庫(kù)具有優(yōu)于季調(diào)節(jié)的不完全年調(diào)節(jié)能力，年平均發(fā)電量695.36 GW·h，年利用小時(shí)數(shù)3 023 h。

1 現(xiàn)象

本電站水輪機(jī)蝸殼采用335°包角的金屬蝸殼。蝸殼采用Q345R鋼板材料，數(shù)控下料、滾壓成型，總共分成22節(jié)，各節(jié)在工地掛裝后組焊成整體。原廠家設(shè)計(jì)方案蝸殼在現(xiàn)場(chǎng)是采用普通的電焊條焊接，存在施工步驟煩瑣，補(bǔ)焊溫度較高，容易造成焊接變形等缺點(diǎn)，且耗時(shí)較長(zhǎng)，瓦村水電站首臺(tái)機(jī)組蝸殼安裝用了60天時(shí)間。

2 原因分析

瓦村水電站首臺(tái)機(jī)組蝸殼安裝用了60天時(shí)間，根據(jù)合同要求，必須縮短整個(gè)水電站所有機(jī)組的安裝時(shí)間，為趕上發(fā)電工期，項(xiàng)目部組織人員討論對(duì)策，除了提高機(jī)組各部件安裝速度外，蝸殼的安裝是最關(guān)鍵的一個(gè)直線工期，如果能縮短機(jī)組蝸殼的安裝工期，就縮短了機(jī)組的安裝工期，從而順利完成發(fā)電目標(biāo)。

為此，對(duì)已完成的首臺(tái)機(jī)組蝸殼安裝過(guò)程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、分析，事后檢查總結(jié)，對(duì)影響機(jī)組蝸殼安裝的主要因素——蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接、蝸殼各節(jié)掛裝及拼裝、蝸殼整體調(diào)整、蝸殼焊縫檢驗(yàn)、蝸殼附件安裝進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

從表1可以看出，蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接用了40天時(shí)間，占用安裝總時(shí)間的比例最大，因此“蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接”是本課題的主要癥結(jié)。

根據(jù)“蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接”此癥結(jié)具體分析影響施工時(shí)間的各項(xiàng)施工工藝因素，主要有施工前有無(wú)技術(shù)交底，焊接人員焊接技能、焊接設(shè)備、焊條是否合格，焊工位置分布，焊縫坡口間距，焊接方法，機(jī)坑內(nèi)光線，機(jī)坑內(nèi)部空間等。首先，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解，蝸殼每條環(huán)縫坡口對(duì)接不平整，兩節(jié)之間坡口間隙多數(shù)超過(guò)4 mm，如圖2所示，焊接時(shí)造成多次填焊，影響了焊接速度；其次，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察分析，蝸殼焊接采用的是電弧焊，如圖3所示，該焊接方法焊接效率低，焊縫成型質(zhì)量差，返工次數(shù)多（表2），延長(zhǎng)了整個(gè)蝸殼的安裝工期，對(duì)蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接有直接影響。

經(jīng)過(guò)分析，影響蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接時(shí)間的主要因素為焊縫坡口間距不符合設(shè)計(jì)要求、焊接方法效率低，而通過(guò)對(duì)比其他機(jī)型容量及蝸殼拼裝節(jié)數(shù)類似的水電站，計(jì)算首臺(tái)機(jī)組蝸殼安裝時(shí)間如下：蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接用了40天時(shí)間，共22條焊縫，每條焊縫耗時(shí)40÷22≈1.818天，如果將每條焊縫焊接速度提高一倍，則需要0.9天，0.9×22≈20天，60-20=40天。因此，筆者認(rèn)為，將蝸殼安裝工期從60天縮短到40天是可行的。

3 采取的對(duì)策

3.1 針對(duì)焊縫坡口不平、間距不符合設(shè)計(jì)要求的對(duì)策

增加調(diào)整工具，按廠家說(shuō)明書要求，兩節(jié)之間坡口對(duì)接平整，距離（4±0.5）mm，蝸殼各節(jié)調(diào)整時(shí)增加拉緊器拉平及拉近間距，利用千斤頂、楔形碼、斜字楔處理

坡口錯(cuò)位不平整。

具體操作：利用廠房橋式起重機(jī)吊鉤作為垂直方向受力點(diǎn)，在機(jī)坑四面墻體上埋設(shè)吊環(huán)用于水平方向的受力，在需要對(duì)接焊的蝸殼節(jié)表面焊輔助吊鉤，利用手拉葫蘆從垂直和水平方向進(jìn)行焊縫位置調(diào)整，使焊縫間距達(dá)到設(shè)計(jì)要求，如圖4所示。

對(duì)口時(shí)利用千斤頂和楔形碼、斜字楔持續(xù)調(diào)整坡口不平整度，達(dá)到焊接要求，如表3所示。

3.2 針對(duì)焊接方法效率低的對(duì)策

改變焊接方法，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊接效率高，焊縫成型質(zhì)量好。

原廠家設(shè)計(jì)方案蝸殼在現(xiàn)場(chǎng)是采用普通的電焊條焊接，存在施工步驟較煩瑣，施工時(shí)間長(zhǎng)，補(bǔ)焊溫度較高，容易造成焊接變形等缺點(diǎn)。通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)人員及相關(guān)單位研究討論，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊加焊絲焊接，有耗時(shí)少、速度快、焊縫成型好等優(yōu)點(diǎn)。第二臺(tái)機(jī)組蝸殼項(xiàng)目部經(jīng)與業(yè)主及設(shè)計(jì)、廠家商議，最終得到同意，第二臺(tái)機(jī)組蝸殼采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊加焊絲焊接，具體焊接工藝方案如下：

本項(xiàng)目所有板材均為Q345R，厚度在18～25 mm?，F(xiàn)場(chǎng)組裝焊接，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊絲材料選用ER50-6牌號(hào)，所有焊接材料均為符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

焊接工藝流程：預(yù)熱（現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度t?0 ℃，且蝸殼的板厚δ＜34 mm，無(wú)須預(yù)熱；但應(yīng)加溫除濕）→管節(jié)縱縫里縫→管節(jié)縱縫外縫清根→管節(jié)縱縫外縫→管節(jié)環(huán)縫里縫→管節(jié)環(huán)縫外縫清根→管節(jié)環(huán)縫外縫→蝶形邊外縫→蝶形邊里縫清根→蝶形邊里縫→變形處理→其他附件的焊接。

由于蝸殼外形尺寸較大，為防止焊接變形引起組裝尺寸變化，宜將蝸殼分成多節(jié)在平地上先進(jìn)行獨(dú)立組裝施焊，經(jīng)處理加固后逐件吊裝施焊，湊合節(jié)除外。

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊工藝要求如下：

（1）蝸殼各節(jié)環(huán)縫的一、二類焊縫焊接應(yīng)在蝸殼各節(jié)對(duì)口并檢查坡口合格后方準(zhǔn)施焊。

（2）施焊前檢查坡口表面處理質(zhì)量，坡口兩側(cè)10～20 mm范圍內(nèi)進(jìn)行除銹、清渣，并除去油垢、水跡等。

（3）遭遇雨雪天氣、風(fēng)速過(guò)大、氣溫低于-5 ℃、相對(duì)濕度在90%以上時(shí)，焊時(shí)應(yīng)采取可靠的防風(fēng)、防雨及防低溫措施，必要時(shí)停止施焊，保證焊接質(zhì)量不受影響。

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊工藝過(guò)程如下：

（1）定位焊：蝸殼定位焊應(yīng)根據(jù)編制的焊接工藝規(guī)程及焊接方案進(jìn)行，定位焊的長(zhǎng)度不應(yīng)小于100 mm，焊縫高度為正常焊縫高度的1/2。

（2）加溫去濕。

（3）焊接。

1）焊接電流、電壓的選?。?/p>

蝸殼焊接時(shí)應(yīng)根據(jù)施焊母材和焊接材料調(diào)節(jié)焊接電流及電壓。在正式焊接蝸殼前焊接人員應(yīng)先在焊接試板上測(cè)試焊接電流、電壓，電流不宜過(guò)小也不宜過(guò)大，且在焊接過(guò)程中還需根據(jù)板材的厚度及現(xiàn)場(chǎng)的電壓變化適時(shí)對(duì)電流進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際焊接測(cè)試，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接電流、電壓等參數(shù)如表4所示。

2）焊接要求：

a）蝸殼縱、環(huán)縫均應(yīng)采用多層多道焊，每層厚度一般不超過(guò)5 mm，焊道寬度應(yīng)根據(jù)厚度為18～25 mm的Q345R板材及設(shè)備廠家的技術(shù)要求確定。

b）各種焊接材料經(jīng)檢定合格，焊前烘焙。焊時(shí)保溫，確保焊條質(zhì)量符合規(guī)定，防止潮濕，隨用隨取。

c）防止焊接變形。焊前確定定位焊焊點(diǎn)、焊接順序，先短焊縫后長(zhǎng)焊縫，分段退焊，從構(gòu)件受外力作用較大的部位開始焊接，向作用力較小的部位推進(jìn)。

d）雙面焊接時(shí)，先焊蝸殼內(nèi)壁并對(duì)焊縫進(jìn)行清根且打磨合格，再焊蝸殼外面焊縫。

e）縱縫焊接設(shè)引弧和斷弧用的助焊板，嚴(yán)禁在母材上引弧和斷弧。定位焊的引弧和斷弧在坡口內(nèi)進(jìn)行。

f）每層焊道施焊前必須檢查上一層焊接情況，不得有氣孔、夾渣、未焊透，層間接頭應(yīng)錯(cuò)開30～50 mm。

g）焊接完畢，焊縫外觀檢查合格，并做好記錄。

3）焊接方式：

a）縱焊縫、環(huán)焊縫焊接：

里焊縫采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，先打底焊再滿焊最后焊蓋面，焊蓋面前清根后用打磨機(jī)打磨成U字形。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接時(shí)，應(yīng)選取有經(jīng)驗(yàn)的焊接工人。

環(huán)焊縫焊前應(yīng)測(cè)量焊縫實(shí)際長(zhǎng)度以確定所需焊接人數(shù)：焊工施焊長(zhǎng)度不得大于3 m；從蝸殼中線兩側(cè)向座環(huán)方向?qū)ΨQ均勻地分段退焊、跳焊，環(huán)焊縫開口處宜先預(yù)留出300～500 mm長(zhǎng)度不焊或只點(diǎn)焊，防止蝸殼變形無(wú)法與座環(huán)蝶形邊對(duì)接，需待蝸殼與座環(huán)蝶形邊安裝對(duì)口后再補(bǔ)焊滿，補(bǔ)焊前檢查有無(wú)裂紋、未焊透，以免留下安全隱患。

定位焊后，為了避免焊接變形引起座環(huán)基準(zhǔn)尺寸變化，外縫采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊接兩道后對(duì)背面焊縫進(jìn)行清根，觀察應(yīng)力的變形方向，再調(diào)整焊接順序或焊接方式。

b）蝶形邊焊接：

蝶形邊焊縫由多名焊工均勻分布，同時(shí)沿同一方向?qū)ΨQ分段退焊、跳焊，焊接速度一致；先焊下蝶形邊縫，后焊上蝶形邊縫；蝶形邊焊接需持續(xù)進(jìn)行直至焊接完畢。蝶形邊焊縫焊接前后都要對(duì)座環(huán)測(cè)水平，焊接過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)座環(huán)水平。

c）其他附件的焊接：

耳板、舌板焊接：焊前應(yīng)焊牢定位板，防止耳板、舌板在焊接過(guò)程中發(fā)生變形，檢查坡口銹蝕情況并清理干凈，符合焊接要求。為防止焊接變形，先焊正面焊縫再焊背面焊縫。采用拉板固定、減小焊接能量輸入等方法控制焊接變形。

湊合節(jié)焊接：蝸殼湊合節(jié)的焊接重點(diǎn)在第二條環(huán)焊縫。其焊縫為一次焊滿，應(yīng)力非常大，焊接時(shí)采用疊焊，焊接要連續(xù)完成。從開始焊接到焊蓋面都應(yīng)配合錘擊，應(yīng)沿著施焊方向成矩形來(lái)回敲擊。

加強(qiáng)板焊接：加強(qiáng)板與座環(huán)筋板的焊接分為對(duì)接焊和搭接焊，對(duì)接焊先焊座環(huán)側(cè)焊縫，再焊蝸殼側(cè)焊縫；而搭接焊的順序則相反，先焊蝸殼側(cè)焊縫，再焊座環(huán)側(cè)焊縫。

4 對(duì)策實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)蝸殼各節(jié)環(huán)縫坡口處理方式及焊接方法的改進(jìn)，蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接由原來(lái)40天縮短到了20天，并提高了焊接質(zhì)量，使整個(gè)蝸殼的安裝工期縮短了一半，從而縮短了整個(gè)發(fā)電機(jī)組的安裝工期，提早發(fā)電，為業(yè)主創(chuàng)造了效益，同時(shí)為企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

水電站蝸殼安裝工期受多種因素影響，而焊接施工是蝸殼安裝中最重要且工作量最大的工作，因此縮短蝸殼的安裝工期就必須提高焊接的效率。為保障焊接效率與質(zhì)量，必須采取相應(yīng)的措施。具體來(lái)講，施工單位應(yīng)該完善技術(shù)準(zhǔn)備工作，編制切合實(shí)際的施工方案，加強(qiáng)技術(shù)交底，在實(shí)施焊接安裝作業(yè)前做好設(shè)備檢查，嚴(yán)格執(zhí)行施工方案工藝措施，提高作業(yè)的規(guī)范化水平，明確相關(guān)責(zé)任人的職責(zé)，應(yīng)在第一時(shí)間處理發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。只有如此，才能確保充分發(fā)揮蝸殼安裝與焊接工藝的作用，在確保施工質(zhì)量的同時(shí)縮短施工工期。