梁 軍
(廣東省源天工程有限公司,廣東 廣州 511340)
本文選用的工程項目實例為瓦村水電站機電安裝工程——瓦村水電站是一座以發(fā)電為主,以改善航運和水環(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臺發(fā)電機組,布局如圖1所示,單機容量76.67 MW,總裝機230 MW。其中設(shè)計最大水頭為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,年利用小時數(shù)3 023 h。
本電站水輪機蝸殼采用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)計方案蝸殼在現(xiàn)場是采用普通的電焊條焊接,存在施工步驟煩瑣,補焊溫度較高,容易造成焊接變形等缺點,且耗時較長,瓦村水電站首臺機組蝸殼安裝用了60天時間。
瓦村水電站首臺機組蝸殼安裝用了60天時間,根據(jù)合同要求,必須縮短整個水電站所有機組的安裝時間,為趕上發(fā)電工期,項目部組織人員討論對策,除了提高機組各部件安裝速度外,蝸殼的安裝是最關(guān)鍵的一個直線工期,如果能縮短機組蝸殼的安裝工期,就縮短了機組的安裝工期,從而順利完成發(fā)電目標(biāo)。
為此,對已完成的首臺機組蝸殼安裝過程進行了現(xiàn)場調(diào)查、分析,事后檢查總結(jié),對影響機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、蝸殼附件安裝進行了統(tǒng)計,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天時間,占用安裝總時間的比例最大,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間的各項施工工藝因素,主要有施工前有無技術(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,機坑內(nèi)光線,機坑內(nèi)部空間等。首先,經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查了解,蝸殼每條環(huán)縫坡口對接不平整,兩節(jié)之間坡口間隙多數(shù)超過4 mm,如圖2所示,焊接時造成多次填焊,影響了焊接速度;其次,經(jīng)現(xiàn)場勘察分析,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),延長了整個蝸殼的安裝工期,對蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接有直接影響。
經(jīng)過分析,影響蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接時間的主要因素為焊縫坡口間距不符合設(shè)計要求、焊接方法效率低,而通過對比其他機型容量及蝸殼拼裝節(jié)數(shù)類似的水電站,計算首臺機組蝸殼安裝時間如下:蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接用了40天時間,共22條焊縫,每條焊縫耗時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。
增加調(diào)整工具,按廠家說明書要求,兩節(jié)之間坡口對接平整,距離(4±0.5)mm,蝸殼各節(jié)調(diào)整時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
坡口錯位不平整。
具體操作:利用廠房橋式起重機吊鉤作為垂直方向受力點,在機坑四面墻體上埋設(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行焊縫位置調(diào)整,使焊縫間距達到設(shè)計要求,如圖4所示。
對口時利用千斤頂和楔形碼、斜字楔持續(xù)調(diào)整坡口不平整度,達到焊接要求,如表3所示。
改變焊接方法,采用二氧化碳氣體保護焊,焊接效率高,焊縫成型質(zhì)量好。
原廠家設(shè)計方案蝸殼在現(xiàn)場是采用普通的電焊條焊接,存在施工步驟較煩瑣,施工時間長,補焊溫度較高,容易造成焊接變形等缺點。通過施工現(xiàn)場專業(yè)人員及相關(guān)單位研究討論,采用二氧化碳氣體保護焊加焊絲焊接,有耗時少、速度快、焊縫成型好等優(yōu)點。第二臺機組蝸殼項目部經(jīng)與業(yè)主及設(shè)計、廠家商議,最終得到同意,第二臺機組蝸殼采用二氧化碳氣體保護焊加焊絲焊接,具體焊接工藝方案如下:
本項目所有板材均為Q345R,厚度在18~25 mm?,F(xiàn)場組裝焊接,二氧化碳氣體保護焊焊絲材料選用ER50-6牌號,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)場環(huán)境溫度t?0 ℃,且蝸殼的板厚δ<34 mm,無須預(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)在平地上先進行獨立組裝施焊,經(jīng)處理加固后逐件吊裝施焊,湊合節(jié)除外。
二氧化碳氣體保護焊工藝要求如下:
(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)進行除銹、清渣,并除去油垢、水跡等。
(3)遭遇雨雪天氣、風(fēng)速過大、氣溫低于-5 ℃、相對濕度在90%以上時,焊時應(yīng)采取可靠的防風(fēng)、防雨及防低溫措施,必要時停止施焊,保證焊接質(zhì)量不受影響。
二氧化碳氣體保護焊工藝過程如下:
(1)定位焊:蝸殼定位焊應(yīng)根據(jù)編制的焊接工藝規(guī)程及焊接方案進行,定位焊的長度不應(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、電壓的選取:
蝸殼焊接時應(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)先在焊接試板上測試焊接電流、電壓,電流不宜過小也不宜過大,且在焊接過程中還需根據(jù)板材的厚度及現(xiàn)場的電壓變化適時對電流進行調(diào)整。通過現(xiàn)場實際焊接測試,二氧化碳氣體保護焊的焊接電流、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、焊接順序,先短焊縫后長焊縫,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。
d)雙面焊接時,先焊蝸殼內(nèi)壁并對焊縫進行清根且打磨合格,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氣體保護焊,先打底焊再滿焊最后焊蓋面,焊蓋面前清根后用打磨機打磨成U字形。采用二氧化碳氣體保護焊接時,應(yīng)選取有經(jīng)驗的焊接工人。
環(huán)焊縫焊前應(yīng)測量焊縫實際長度以確定所需焊接人數(shù):焊工施焊長度不得大于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長度不焊或只點焊,防止蝸殼變形無法與座環(huán)蝶形邊對接,需待蝸殼與座環(huán)蝶形邊安裝對口后再補焊滿,補焊前檢查有無裂紋、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,外縫采用二氧化碳氣體保護焊,焊接兩道后對背面焊縫進行清根,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)進行直至焊接完畢。蝶形邊焊縫焊接前后都要對座環(huán)測水平,焊接過程中應(yīng)隨時監(jiān)測座環(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回敲擊。
加強板焊接:加強板與座環(huán)筋板的焊接分為對接焊和搭接焊,對接焊先焊座環(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。
通過對蝸殼各節(jié)環(huán)縫坡口處理方式及焊接方法的改進,蝸殼各節(jié)環(huán)縫焊接由原來40天縮短到了20天,并提高了焊接質(zhì)量,使整個蝸殼的安裝工期縮短了一半,從而縮短了整個發(fā)電機組的安裝工期,提早發(fā)電,為業(yè)主創(chuàng)造了效益,同時為企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟效益。
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。具體來講,施工單位應(yīng)該完善技術(shù)準(zhǔn)備工作,編制切合實際的施工方案,加強技術(shù)交底,在實施焊接安裝作業(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)在第一時間處理發(fā)現(xiàn)的問題。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)量的同時縮短施工工期。