大型水電站高強(qiáng)鋼蝸殼制作工藝

呂 崧，楊 鼎

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

0 引言

水電站高強(qiáng)鋼蝸殼作為水輪機(jī)的重要組成部分，其制作工藝和質(zhì)量對(duì)水電站的安全和穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。目前國內(nèi)在建及計(jì)劃建設(shè)的抽水蓄能電站機(jī)組不斷向高水頭、大容量的方向發(fā)展，為了節(jié)省電站布置空間、降低工程綜合成本及減少焊接工作強(qiáng)度的需要，高強(qiáng)鋼開始應(yīng)用于抽水蓄能電站蝸殼。高強(qiáng)鋼材料的使用可以提高蝸殼的承載能力和耐腐蝕性能，但是制作過程中可能會(huì)出現(xiàn)一些問題，如焊接質(zhì)量、變形和裂紋等。因此，制作高強(qiáng)鋼蝸殼需要嚴(yán)格控制質(zhì)量，確保其符合設(shè)計(jì)要求和使用要求。

1 制作工藝流程

高強(qiáng)鋼蝸殼的制作工藝一般包括以下步驟：

（1）復(fù)核圖紙、材料采購：通過對(duì)圖紙進(jìn)行會(huì)審、二三維復(fù)驗(yàn)來核對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)圖紙的正確性。并對(duì)材料進(jìn)行匯總采購，采購時(shí)必須附帶鋼板采購相關(guān)技術(shù)要求及部分參數(shù)要求，以保證鋼板質(zhì)量。

（2）材料進(jìn)廠入庫：采購回廠質(zhì)量控制，其中包括入庫、復(fù)檢等。

（3）下料及坡口加工：通過下料、坡口等控制缺陷的產(chǎn)生。需要保證下料的準(zhǔn)確性，以保證后續(xù)工作的正常運(yùn)行，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（4）卷制：將預(yù)處理好的板材按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行卷曲成型，形成蝸殼的外形。由于蝸殼并非是一個(gè)圓柱體，傳統(tǒng)工藝采用瓦片壓制法來進(jìn)行壓制。但采用瓦片壓制法壓制,其成型速度慢，工作效率低。則采用卷板機(jī)按其素線進(jìn)行壓制而成型。在材料選擇階段，需要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行材料的選擇和檢驗(yàn)，確保材料的質(zhì)量符合要求。

（5）組焊：將卷制成型的蝸殼進(jìn)行組裝焊接，需保證焊縫的質(zhì)量。

（6）后續(xù)加工：對(duì)焊接好的蝸殼進(jìn)行后續(xù)的加工處理，如表面打磨、去毛刺等。

（7）涂料涂裝：使用的涂料質(zhì)量必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)，不合格或過期涂料嚴(yán)禁使用。

2 制作工藝流程質(zhì)量控制

在產(chǎn)品制造開始前，需對(duì)產(chǎn)品的圖紙進(jìn)行會(huì)審，合同進(jìn)行交底，工藝、工序、技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行培訓(xùn)和評(píng)審。通過保證原材料質(zhì)量的方式來為產(chǎn)品質(zhì)量提供保障，因此需要嚴(yán)格執(zhí)行材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、偏差標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。降低損耗的前提下從工藝角度控制成本。

各種規(guī)格鋼板到貨必須附有出廠質(zhì)量合格證明書。鋼板在運(yùn)輸、倒轉(zhuǎn)過程中，需要注意避雨防腐蝕，吊裝時(shí)需嚴(yán)格執(zhí)行吊裝方案要求，保證材料不會(huì)發(fā)生變形、損壞。堆放時(shí)遵循分項(xiàng)目、區(qū)種類的方式，按材質(zhì)、厚度進(jìn)行分類堆放，并保證板與板之間的間隔、堆放高度、堆放地面布置，符合相關(guān)規(guī)范要求，使其不產(chǎn)生變形。材料進(jìn)廠時(shí)需有出廠質(zhì)量證明書，且其力學(xué)、理化、物理等性能滿足相關(guān)技術(shù)要求，所有鋼板均應(yīng)進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可使用。材料和外購件運(yùn)抵進(jìn)廠后，承包人應(yīng)負(fù)責(zé)驗(yàn)收入庫，應(yīng)向監(jiān)理工程師提交質(zhì)量證明書、使用說明書或試驗(yàn)報(bào)告，并接受監(jiān)理工程師的檢查。嚴(yán)格禁止使用沒有產(chǎn)品合格證件的材料。

焊接材料：蝸殼焊接材料的力學(xué)、理化、物理等性能需滿足現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定。并按施工技術(shù)等要求在監(jiān)理、項(xiàng)目工程師的見證下對(duì)其進(jìn)行抽檢，核對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量證明書，其抽檢結(jié)果需符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測也可由第三方進(jìn)行檢測。焊材的化學(xué)成分、延伸率、抗拉強(qiáng)度等機(jī)械性能經(jīng)檢測需與母材性能形成等強(qiáng)匹配，否則不得在蝸殼制造中使用。焊條應(yīng)優(yōu)先選用低氫型。焊接材料的最終檢驗(yàn)應(yīng)通過焊接工藝評(píng)定和生產(chǎn)性焊接試驗(yàn)進(jìn)行，焊接接頭的力學(xué)性能、熔敷金屬含氫量、焊接無裂紋等應(yīng)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

涂裝材料：涂料的涂裝需滿足有關(guān)規(guī)范、規(guī)定的要求。涂料必須附帶產(chǎn)品合格證和質(zhì)量證明書，使用時(shí)間必須在保質(zhì)期內(nèi)，使用方式吻合說明書要求，后期養(yǎng)護(hù)也需滿足要求。

材料平板：平板后的平面度≤3.0 mm/m。

數(shù)控下料：準(zhǔn)確的下料圖導(dǎo)出準(zhǔn)確的程序，核對(duì)放樣圖無誤后便可實(shí)操，切割時(shí)保證切口質(zhì)量，保證下料尺寸，其下料允許公差符合相關(guān)公差要求。

標(biāo)注標(biāo)識(shí)：下料完成后由專門人員進(jìn)行劃線工作，標(biāo)識(shí)其管節(jié)編號(hào)、縱縫對(duì)接號(hào)、進(jìn)出口方向、瓦塊規(guī)格、平板的正反面等。高強(qiáng)度鋼板上，不得用鋸或鑿子、鋼印作標(biāo)記。

坡口開制：隨著蝸殼的發(fā)展，高強(qiáng)鋼蝸殼已逐漸占據(jù)優(yōu)勢，但高強(qiáng)鋼板的加工優(yōu)先選擇冷切割加工，為保證后期的焊接質(zhì)量，在制造條件不滿足的條件下也可采用熱切割，熱輸出需控制表面炭化層厚度，并且切割后需要進(jìn)行不小于0.8 mm 的打磨才可進(jìn)入下道工序。

卷制：在瓦塊卷制過程中，應(yīng)注意，卷板方向必須傾向于鋼板的軋制方向；卷板時(shí)，不準(zhǔn)錘擊鋼板；優(yōu)先選擇分段滾壓法，保證其瓦塊不發(fā)生扭曲。卷板時(shí)，嚴(yán)格控制瓦塊的下壓量，以保證其曲率半徑逐步達(dá)標(biāo)，保證卷板質(zhì)量。

組裝：組裝應(yīng)先進(jìn)行單節(jié)預(yù)組，在平臺(tái)上做出地樣進(jìn)行復(fù)核圓心、弦長及對(duì)角線、軸線長度及傾斜度、軸心尺寸等參數(shù)，并實(shí)時(shí)關(guān)注縱縫焊接過程中的尺寸變化，為后續(xù)管節(jié)組裝打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。蝸殼一般由不同板厚瓦塊組成，其過程中必須保證內(nèi)流面平齊，可以自制壓縫工具進(jìn)行輔助，以盡量少使用壓碼和楔鐵，確?？v縫裝配質(zhì)量。在組裝和檢驗(yàn)滿足制造規(guī)范的要求。

表1 組裝測量控制尺寸表

進(jìn)行焊工的培訓(xùn)、取證工作。

焊前準(zhǔn)備：焊工必須經(jīng)過考核并取得相應(yīng)合格證書，方可從事焊接工作。焊縫周圍10~20 mm 范圍內(nèi)必須保持清潔，不得有影響焊接質(zhì)量的鐵銹、油污、水和涂料等。對(duì)有裂紋、分層、夾渣等缺陷應(yīng)予清除。每批焊材均應(yīng)有質(zhì)量合格證書，否則在使用前必須做全面檢查。焊條烘干溫度為350~400℃，烘干時(shí)間為1~2 h，最多能重復(fù)烘烤兩次。烘干的焊條用專用烘箱和保溫筒保溫，專用烘箱和保溫筒的溫度應(yīng)保持在100~150℃，焊條暴露在空氣中的時(shí)間不超過30 min。

焊后檢驗(yàn)和返修：對(duì)所有焊縫表面采用外觀質(zhì)量檢查，焊縫表面質(zhì)量檢測見《焊接質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)》。對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷采用超聲波探傷等無損檢測方法進(jìn)行檢查。無損檢測應(yīng)在焊接完成24 h 以后進(jìn)行。對(duì)不合格的焊縫應(yīng)先分析原因再進(jìn)行處理。返修時(shí)，應(yīng)采用碳弧氣刨清除缺陷部位的焊縫金屬，到缺陷全部被清除為止，然后清除氧化物，打磨焊道至露出金屬光澤，再采用與本規(guī)程相同的焊接規(guī)范參數(shù)和工藝要求焊接。焊縫同一個(gè)部位返修次數(shù)不超過兩次。蝸殼焊接，多為單節(jié)蝸殼縱縫與拼接環(huán)縫。

焊接要求：整體組焊時(shí)按組裝順序一一焊接，先焊筒內(nèi)，外側(cè)打底清根焊透。蝸殼里襯整體組裝好后，從斷面3 處即第一節(jié)蝸殼與第二節(jié)蝸殼的節(jié)間環(huán)縫開始焊接；按斷面標(biāo)號(hào)順序由小到大焊接節(jié)間環(huán)縫。優(yōu)先采用對(duì)稱分段焊法進(jìn)行焊接，其分段長度一般為100~200 mm，施焊過程中，要保證應(yīng)連續(xù)焊完某一單元或某一部分的焊縫，不可中斷；多層多道焊時(shí)，層間接頭應(yīng)錯(cuò)開30 mm 以上，每層厚度不大于5 mm，以避免焊接應(yīng)力集中，造成較大的焊接變形。

焊接控制：焊縫預(yù)熱溫度一般為80℃，其范圍需在距焊縫中心100 mm 左右，采用電加熱，預(yù)熱時(shí)必須緩慢且均勻，以避免出現(xiàn)裂紋和變形。過程中控制層間溫度≤250℃，并且不低于預(yù)熱溫度，以控制裂紋的產(chǎn)生。焊后要進(jìn)行至少250~300℃，保溫時(shí)間3 h 的除氫后熱處理。焊接過程中由技術(shù)人員對(duì)蝸殼的變形隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，定時(shí)觀測蝸殼變形及焊接收縮情況，以便隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理。

涂料涂裝：噴砂后的金屬表面的清潔度等級(jí)應(yīng)不低于Sa2.5 級(jí)，與混凝土接觸表面清潔度等級(jí)應(yīng)不低于Sa2 級(jí)。手工和動(dòng)力除銹，其表面清潔度等級(jí)達(dá)到GB8923 中規(guī)定的St3 級(jí)。環(huán)境溫度不能低于5℃，不能高于45℃，涂裝涂料應(yīng)選用推薦廠家中性能優(yōu)良的產(chǎn)品。使用的涂料質(zhì)量，必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)，不合格或過期涂料嚴(yán)禁使用。

在制作工藝過程中，需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，包括焊接質(zhì)量控制，對(duì)焊接設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)和檢驗(yàn)，確保焊接質(zhì)量符合要求；變形和裂紋控制，在制作過程中需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，避免出現(xiàn)變形和裂紋等問題；表面處理質(zhì)量控制，對(duì)表面的打磨和去毛刺等處理進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保表面質(zhì)量符合要求。

3 結(jié)束語

水電站高強(qiáng)鋼蝸殼的制作工藝和質(zhì)量控制對(duì)水電站的安全和穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。制作過程中需要嚴(yán)格控制質(zhì)量，確保其符合設(shè)計(jì)要求和使用要求。同時(shí)，針對(duì)可能出現(xiàn)的問題采取相應(yīng)的解決方案，確保高強(qiáng)鋼蝸殼的制作工藝和質(zhì)量。高強(qiáng)鋼用于大型水電站，已有不少成功的案例。本文制定出高強(qiáng)鋼蝸殼成型工藝，解決瓦片成型難度大，卷制/壓制成型設(shè)備要求高，一次壓制成型合格率低，成型后不能用火焰校形的問題。根據(jù)高強(qiáng)鋼蝸殼制作技術(shù)的研究，得出合理的工藝措施，提高生產(chǎn)效率，保證焊接質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)的市場競爭力。