向家壩右岸壩后電站蝸殼制作過程控制

蔣伯林

(中國水利水電夾江水工機械有限公司，四川夾江，614100)

1 工程概況

向家壩水電站壩后電站共設置3臺機組，每臺機組均由34節(jié)蝸殼組成，包括直管節(jié)、C型節(jié)和湊合節(jié)(4節(jié))，其進水口端的半徑為4600mm，最小端半徑為1452.5mm，管體鋼板厚度為21mm～62mm，材料為B610CF。附件主要包括：進人門、排水閥、測壓頭、支架(制作時配切裝配)等。蝸殼單臺機組重量約為504.65t(含內支撐)，3臺機總重1513.95t。單節(jié)最大外形尺寸φ9200mm×3850mm，重量約為42t(含內支撐)，其中A01節(jié)、4節(jié)、13節(jié)、22節(jié)為湊合節(jié)，進口端也加配割量150mm[1]。蝸殼管節(jié)布置見圖1。

圖1 蝸殼管節(jié)布置示意

2 質量控制重點及難點分析

(1)蝸殼管體材料(高強度調質鋼板材料嚴禁火焰矯正)和業(yè)主要求以精品工程質量標準進行驗收，對卷板質量有了更高的要求：

①瓦片的圓度規(guī)范要求是±0.002Dmm，而監(jiān)理要求實際圓度±0.002Dmm，且≤5mm；②單節(jié)瓦片規(guī)范要求平面度≤3mm，而監(jiān)理要求實際制作平面度≤2mm。

(2)蝸殼管體材料為B610CF，高強度調質鋼板材料嚴禁火焰矯正及在蝸殼工件上進行附加的電焊施工作業(yè)，不得在工件上焊接拉板、拉緊器等。蝸殼所有焊縫按ASME標準進行100%UT+100%MT或PT檢查，所有縱縫、T型焊縫、蝸殼與鋼管連接焊縫等進行100%TOFD檢查。而蝸殼縱縫是焊接變形控制的重點部位，縱縫焊接變形直接決定了幾何尺寸的偏差和環(huán)縫的錯牙。

(3)支架要求在制作時配割并裝配焊接。常規(guī)蝸殼支架一般設計要求是在蝸殼現(xiàn)場安裝時配割裝配焊接。由于支架筋板與蝸殼管體配割面是不規(guī)則曲線，難以進行計算定位支架位置，無法進行配割裝配，增加了施工難度。

(4)結合蝸殼制作特點及以往的工作經驗，提出以下建議：

①鋪設一個瓦片驗收平臺，平臺平面度控制在2mm以內，26～29節(jié)進水口與出水口半徑相差大，板材薄等原因，瓦片卷制后端頭縱縫位置直線度有彎曲，應進行機械冷矯正(詳見圖2)。

圖2 液壓千斤頂冷矯正示意

②支架與蝸殼瓦片定位、配割難度大，采用Rhinoceros(犀牛)軟件將蝸殼管節(jié)與支架裝配的二維設計圖導入后建立三維模型，依據(jù)三維展開后再進行支架支承板的放樣并將放樣圖導出至CAD軟件中，通過數(shù)控軟件下料排料后進行裝配。這樣就能解決支架與蝸殼管節(jié)的裝配問題[2]。

③加強對瓦片卷板、管節(jié)對裝質量的控制，控制好管節(jié)內支撐的焊接順序。

3 瓦片卷制技術質量控制

瓦片卷制質量的好壞直接影響對裝效率以及最終產品質量。蝸殼管體材料為B610CF，高強度調質鋼板材料嚴禁火焰矯正，對卷板質量有了更高要求，因此，在施工時做以下措施來提高卷板質量：

(1)卷制前，應注意確認板料的內弧面與外弧面，以及工序流程卡中質檢員簽字是否完整，防止卷錯。由于蝸殼進出水口面曲率半徑均不相同，則卷制前按照工藝圖紙要求，劃制滾壓素線。

(2)根據(jù)蝸殼展開后瓦片特點，其上下管口弧度和半徑(或外形尺寸)均不相同，其展開平面的素線是互不平行的直線，且素線上各點的曲率均不相同。卷曲時要嚴格按照其表面素線(滾壓線)進行。

(3)卷制采用“分區(qū)卷制”法，根據(jù)瓦片展開長度，在壓延方向將瓦片按照滾壓線分成段長0.8m～1m的小區(qū)，依照滾壓線分區(qū)反復卷制，卷制順序是先卷板端部、后卷中部，卷弧中嚴格按照滾壓線控制調整[1]。

(4)卷制完成后，將瓦片以自由狀態(tài)立于平臺上，根據(jù)曲率半徑，選用相應的弧形樣板(不小于1.5m弦長的樣板)在指定的位置檢查瓦片弧度，樣板與瓦片的間隙應不超過2mm，每張瓦片檢查進水口和出水口兩截面。檢查每節(jié)瓦片的弧長、對角線是否有扭曲情況。

(5)蝸殼27～29節(jié)上下瓦片長度距離短，無法單張瓦片進行卷制。常規(guī)做法是采取預留二次修切量及臨時焊接邊角余料，待卷板合格后再進行多余量修切。這樣就增加了材料的損耗及制作時間，為了保證瓦片的卷制質量和縮短制作工期，采用上下瓦片對接縱縫位置相連(增加6mm二次修切量)，以一張瓦片進行卷制，待卷制完成后再進行分割修切對接坡口。

4 對裝、焊接變形的控制

對裝質量是控制焊接變形和幾何尺寸的前提，焊接變形直接影響產品生產進度和最終產品質量，因此，在施工中做以下措施提高對裝質量和焊接變形的控制。

4.1 對裝前準備

(1)認真熟悉和校核圖紙并了解對裝管節(jié)的編號、規(guī)格、水流方向和內徑。蝸殼管體材料為B610CF，高強度調質鋼板材料嚴禁在蝸殼工件上進行附加的電焊施工作業(yè)，不得在工件上焊接拉板、拉緊器等，蝸殼鋼板厚度從21mm～62mm，依據(jù)這些施工情況，自制壓縫器裝置，以蝸殼厚度通過壓縫器調節(jié)板來控制壓縫器壓板緊貼蝸殼管體，便于壓縫作業(yè)(詳見圖3)。

圖3 壓縫器示意

(2)組裝平臺準備，用于蝸殼管節(jié)拼裝的平臺平面度控制在2mm以內，在組裝平臺上按1∶1畫出組裝部件的輪廓線，并在圈內、外側點焊擋塊、壓縫器的制作。

(3)將需要組裝的瓦片按編號及水流方向吊至組裝平臺，用手動葫蘆、壓縫器、離縱縫位置150mm～300mm電焊擋塊等工具進行定位。

4.2 對裝控制

(1)蝸殼在裝焊平臺上采用立式組裝，將進水截面放置在組裝平臺上，檢查縱縫相鄰長度相差數(shù)值，調整相鄰縱縫上下位置，減少上下錯牙，提高截面水平度。

(2)依據(jù)下料檢查表配合蝸殼檢查數(shù)據(jù)表，合理調節(jié)縱縫間隙，以達到相鄰管節(jié)周長相差最小值(周長數(shù)值要考慮坡口、擋板影響因素，以距離截面100mm為宜)。盤尺刻度位置放置在截面方向，減少相鄰管節(jié)數(shù)值的誤差。

(3)調整縱縫時，依據(jù)擋板、自制壓縫器、葫蘆、千斤頂?shù)裙ぞ哌M行操作，不得在瓦片管體上進行電焊壓模等工作。管節(jié)縱縫定位焊按正式焊接工藝執(zhí)行，焊接長度一般為40mm～80mm，焊縫厚度為6mm～8mm，間距一般不大于400mm，定位焊前需要對焊縫進行預熱，且兩端點焊長度為100mm。

(4)縱縫處使用弦長為1.5m弧形樣板檢查，其間隙不應大于2mm。按制作記錄驗收表數(shù)據(jù)調整進水口截面、開口等所有數(shù)據(jù)，滿足設計驗收要求。

(5)支架用卷尺畫支架到截面距離和到水平中心弧長距離(依據(jù)支架到水平中心高程距離和進出水口兩端半徑，算出弧長距離，以進出水口兩點用粉線包連接一條直線)，就可以快速定位了。數(shù)控下料后按編號直接對裝點焊，對裝間隙小(間隙≤2mm)，一節(jié)蝸殼支架在10min內就完成了對裝(通過現(xiàn)場蝸殼安裝后，支架定位準確質量優(yōu))。

4.3 焊接變形控制

蝸殼縱縫的坡口設計為對稱坡口，在前期制作肘管和錐管過程中，作為項目部的技術和質量驗收人員，通過對縱縫坡口形式修改，很好地解決了縱縫的焊接變形。而且蝸殼因為材質原因嚴禁火焰矯正，依據(jù)上述原因，通過設計單位同意，制作焊接縱縫坡口修改為外弧為2/3大坡口，內弧為1/3小坡口，湊合節(jié)坡口形式不變。具體的施工措施為：施焊過程中嚴格執(zhí)行分段、多層、多道的焊接工藝。焊縫為不對稱“X”型(1/3，2/3)坡口，首先焊接2/3側大坡口的60%，然后背面用碳弧氣刨清根，焊接背縫85%(僅剩余蓋面焊道)，接著再轉向正縫焊接完成余下的40%焊縫，再轉向背縫焊接蓋面焊道[3]。實際焊接時由施工人員根據(jù)鋼板變形情況合理調整焊接順序，焊接完成，后達到縱縫處沒有外力情況下，使用弦長為1.5m弧形樣板檢查，其間隙不應大于2mm(變形較大時，使用外力焊接，焊接過程中多用弧度樣板檢查)。

5 焊后的調整

(1)焊接后通過探傷檢查合格，進行管節(jié)調整和對裝內支撐。以水平中心線為基準校核上下中心線(圓心到水平中心與上下中心半徑誤差≤2)，中心修改后用樣沖做好標識，打磨掉原樣沖點。

(2)管節(jié)焊后各項控制指標極限偏差和檢測方法，控制在表1的規(guī)定范圍[4]。

表1 管節(jié)組圓質量指標的極限偏差

(3)對裝內支撐點焊加固-自檢-焊接內支撐-通知質檢驗收

①蝸殼內支撐焊接順序直接影響蝸殼外形尺寸。特別是開口尺寸規(guī)范要求值為+2mm～+6mm，在施工中通常把開口值調整為+3mm～+5mm，這樣對焊接內支撐焊接變形就有了更高的要求。通過在龍灘蝸殼制作以及對內支撐的焊接變形控制方法，在前兩節(jié)實踐過程中加以改進，焊接變形得到了很好的提高，基本保證焊接內支撐對蝸殼外形尺寸影響數(shù)值在±1mm。具體的焊接順序為：先焊接內支撐中心位置焊縫(焊接順序1)→焊接內支撐與蝸殼連接板，先焊接相接與蝸殼管體端位置(焊接順序2-1)→焊接連接板與內支撐焊縫(焊接順序2-2)→開口位置連接板位置不焊接，待焊接完內支撐后，在檢查開口尺寸合格后焊接(焊接順序3)[5]，詳見圖4。

圖4 蝸殼串組示意

②去除擋板、千斤頂、葫蘆等蝸殼外力器具，蝸殼在自由狀態(tài)下進行一次表1管節(jié)組圓質量指標檢查，按工藝圖在蝸殼上做好管節(jié)號、截面號、中心線、彈性層邊線等標識并用樣沖(不得超過0.5mm深)和油漆標記，填寫好驗收記錄表待質檢、監(jiān)理驗收。

③第一套蝸殼相鄰管節(jié)串組，通過單節(jié)嚴格的質量過程控制，相鄰管節(jié)串組很快地完成，耗時時間短，產品質量優(yōu)良。a、環(huán)縫對縫間隙規(guī)范數(shù)值為≤4mm，實際環(huán)縫對縫間隙一到兩處局部位置間隙值為2mm～3mm且長度<800mm，其余間隙都為0～1mm；b、環(huán)縫對口錯牙規(guī)范數(shù)值為≤3mm，實際檢測數(shù)值為0～1mm，局部地方數(shù)值為2mm，特別是有縱縫位置的錯牙數(shù)值都<1mm。

6 結語

通過以上辦法控制，向家壩右岸壩后電站機組埋件蝸殼制作過程中，很好地控制了支架裝配幾何尺寸、蝸殼焊接變形。經東方電機有限公司駐場監(jiān)造、三峽發(fā)展監(jiān)理聯(lián)合驗收，產品質量優(yōu)良，一次合格率100%，優(yōu)良率100%。充分說明了蝸殼上述方法制造技術具有非常強的可操作性，是成熟的施工工藝，為此類蝸殼制作工藝提供了經驗。