徐洪偉，童亮瑜，陳大倩

（中國水電七局有限公司，四川 彭山 620860）

向家壩電站800MW超大型水輪機蝸殼制造質量控制

徐洪偉，童亮瑜，陳大倩

（中國水電七局有限公司，四川 彭山 620860）

簡述了金沙江向家壩右岸地下電站世界最大混流式水輪發(fā)電機組（單機容量800M W）超大型金屬蝸殼的結構形式和結構特點及制造難點，重點介紹了其制造過程的質量控制要點，對瓦片組裝、蝸殼焊接、最終驗收等關鍵環(huán)節(jié)進行了較為詳細的敘述。

向家壩；超大型；金屬蝸殼；質量控制

向家壩右岸地下電站共設計安裝4臺800MW水輪發(fā)電機組，機電設備全部由天津阿爾斯通（ALSTOM）水電設備有限公司（以下簡稱“天阿”）供貨。超大型水輪機金屬蝸殼由“天阿”設計，水電七局向家壩施工局承包制造。根據(jù)設計圖紙，蝸殼由32節(jié)組成，其中編號為V28（即蝸殼最后一節(jié)）的管節(jié)由我局下料、卷板完成后交“天阿”安裝于座環(huán)上，與大舌板和環(huán)板焊接后隨座環(huán)整體供貨到向家壩工地，其余管節(jié)中包括湊合節(jié)3節(jié)、進口擴散段4節(jié)、蝸殼本體24節(jié)均在向家壩金屬結構廠現(xiàn)場制造供貨。蝸殼母材采用國產610MPa級低合金高強度鋼板，鋼板厚度隨外型尺寸減小而變化：由蝸殼本體進口最大板厚72mm變化到蝸殼尾部最小板厚25mm，蝸殼進口擴散段板厚均為57mm，共有約26種不同厚度的鋼板。瓦片組裝采用鋼板厚度方向中心線對齊的方式，不同于一般的過流面對齊方式，單節(jié)蝸殼相鄰瓦片厚度差最大達7mm，最多由3種不同厚度的鋼板組成，給蝸殼制造帶來了一定的困難。蝸殼平面圖見圖1。

圖1 蝸殼平面圖

單節(jié)蝸殼最大外形尺寸為φ11514mm×3500mm，重量約60t，蝸殼總重約為822t，屬超大型金屬蝸殼，具有制造難度大，工期緊，質量要求高等顯著特點。

1 嚴格控制主材及輔材質量

1.1 主材質量控制

用于蝸殼制造的高強鋼板到貨后，由質量管理部門會同物資供應部門依據(jù)招標文件、設計圖紙、規(guī)程規(guī)范對到貨鋼板的進行外觀檢查，對鋼板表面裂紋、起皮、加渣等缺陷及時發(fā)現(xiàn)并處理，使之不致影響蝸殼制造質量；核對鋼板型號、規(guī)格及外形尺寸符合要求。

1.2 輔材質量控制

蝸殼制造輔助材料主要為焊接材料，包括電焊條、焊接用鋼絲（氣保焊用）、保護氣體及用于內支撐的管型材料等。

檢查到貨焊條、焊絲牌號是否符合設計要求，其質量和焊接工藝性能符合有關規(guī)定，具有符合要求的產品合格證書和出廠證明書；保護氣體配合比例及純度是否符合相關規(guī)定，滿足蝸殼制造質量需求。用于蝸殼內支撐的管型材料到貨檢驗包括：鋼管材質、型號、表面質量及其出廠證明書等，均應符合設計圖紙及規(guī)范要求。

2 嚴格控制外型尺寸

單節(jié)蝸殼組裝在鋼制平臺上進行，為便于縱縫組裝和焊接，保證進口端焊縫質量，采用工字鋼制放射型平臺，平臺平面度≤2mm。

復核蝸殼瓦片各尺寸及坡口型式符合工藝文件要求，蝸殼制造縱縫均采用不對稱“X”型坡口，復核瓦片卷制弧度合格，方可進入組裝工序。

組裝圓度及縱縫弧度控制：所有蝸殼組裝完全做到了“無碼組裝”：因蝸殼木材全部為高強鋼板，組裝時嚴禁在蝸殼本體上焊接用于弧度調整和縱縫錯牙調整的拉緊器和壓縫器。具體方法為：組裝前在鋼軌道平臺上畫出相應管節(jié)進口端過流面地樣，按照地樣擺放、調整各瓦片，首先擺放含水平中心的瓦片，然后依次向兩側擺放瓦片，利用擋板、拉緊器及倒鏈等進行臨時定位。依據(jù)地樣及過流面半徑（必須注意該半徑是不等半徑，單節(jié)最多有3個半徑）調整縱縫，保證縱縫錯牙及間隙符合質量標準要求。同時調整進出口平面度，尤其縱縫兩側的環(huán)縫坡口鈍邊處必須對齊。縱縫調整合格后進行臨時點固焊，保證焊接牢固可靠，滿足安全要求。

將各瓦片間縱縫調整完成后，測量蝸殼開口尺寸，包括進、出口開口距離，開口對角線及腰線長度。檢測各中心處垂直度，調整出口處圓度等相關尺寸，利用倒鏈及拉緊器臨時固定。

測量進、出口周長，檢查縱縫對口間隙和錯牙、縱縫處弧度等符合質量要求。如周長偏差超標，則通過調整縱縫間隙使之符合相應質量標準要求。

3 焊接過程控制

蝸殼制造焊接過程控制：包括焊前準備控制、焊接過程中的控制和焊接完成后的控制等。

3.1 焊前準備控制

縱縫開始焊接前，對縱縫坡口內部及其兩側50mm范圍內的鐵銹、熔渣、油垢、水份等清除干凈，在蝸殼內部（過流面）敷設履帶式電加熱片，對縱縫實施焊前電加溫預熱，預熱溫度為100℃。采用遠紅外溫度控制儀進行焊縫加溫及溫度控制，并輔以紅外線測溫儀適時檢測各部問題，保證達到100℃經監(jiān)理檢查同意后方可開始施焊。

焊條烘焙蝸殼本體焊接采用國產大西洋牌電焊條或焊接用鋼絲，牌號分別為CHE62CFLH或CHW-65A。嚴格按照焊接材料說明書要求烘焙，做到隨烘隨用、隨用隨取。嚴格控制重復烘焙，焊條重復烘焙次數(shù)不超過2次。

焊絲使用整盤焊絲在使用前領出，打開包裝，檢查焊絲是否受潮生銹，如生銹則不得使用予以報廢，焊絲打開后盡快使用完畢。

3.2 焊接過程中的控制

焊縫焊接采用多人同時焊接（縱縫最少為1條，最多為5條，相應分別由1人到5人施焊），在滿足焊接質量要求前提下，盡量采用較小規(guī)范焊接，多層多道、分段倒退，嚴格控制焊接熱輸入即線能量，以控制縱縫焊接造成的弧度變形超差，必要時可通過改變縱縫兩側焊接順序來達到控制焊接變形的目的，焊接工藝參數(shù)見表1。

?

3.3 焊接完成后的控制

各縱縫焊接完成后施焊人員立即清理焊縫表面，進行焊縫外觀檢查，發(fā)現(xiàn)外觀缺陷及時處理，并經質量檢查人員檢查合格后立即進行焊后消氫處理，蝸殼焊接溫度控制曲線見圖2。焊縫消氫完成冷卻到環(huán)境溫度后測量蝸殼管節(jié)焊后周長，兼顧相鄰管節(jié)周長差的要求，必要時可對上、下開口進行適當?shù)拇蚰ヌ幚怼?/p>

圖2 蝸殼焊接溫度控制曲線

4 焊后調整、內支撐安裝

檢查、調整各部位圓度，組裝內支撐。蝸殼制造各管節(jié)圓度檢測部位為：上、下開口；上、下中心、水平中心、縱縫兩側，對于進口擴散段管節(jié)，因其尺寸較大，上述測點間距離較遠，則增加測點檢測，增加檢測部位為內支撐處和距離較遠點之間均布測量，測點最多達18～20點，完全能滿足圓度檢測要求。

調整圓度時兼顧各中心處垂直度，開口、開口對角線差及腰線及腰線差等各項目，管節(jié)長度由下料時保證，均能滿足質量要求。

5 無損檢測

根據(jù)合同文件、設計圖紙和規(guī)范要求，縱縫焊接完成24h以后方可進行無損檢測，包括100%超聲波（UT）和100%超聲波衍射時差法（TOFD）探傷，無損檢測結果見表2。

?

6 缺陷的處理和焊補

焊縫內部缺陷采用碳弧氣刨結合角向磨光機將缺陷清除并用砂輪修磨成便于焊接的“船型”凹槽，焊補前要認真檢查。采用與縱縫焊接完全相同的工藝對缺陷處進行補焊。

返修后的焊縫，需經超聲波探傷復查合格。焊縫返修次數(shù)最多不超過2次。焊縫如有第2次焊補時，必須制訂可靠的返修方案和措施，并經我部技術負責人審核，經監(jiān)理單位同意后，方可焊補。

7 單節(jié)管節(jié)制造驗收

（1）管節(jié)制造各工序（防腐除外）完成后，拆除擋板、倒鏈、拉緊器等臨時設施，使蝸殼管節(jié)處于自由無拘束狀態(tài)進行質量檢查驗收。

（2）清理打磨焊疤、管壁內外的劃痕。

（3）檢查蝸殼內外管壁質量，表面凹坑深度不大于2mm時采用角向磨光機打磨處理，大于2mm時，則需對凹坑處進行焊補，焊補前應用碳弧氣刨或磨光機對凹坑處進行處理，打磨出金屬光澤，進行局部加溫后再行焊補。焊補后將焊補處磨平；打磨因瓦片吊裝造成的釣具夾痕，對所有補焊、打磨部位進行液體滲透探傷檢查（PT）合格。檢查各項質量控制指標滿足圖紙、合同和規(guī)范要求，其蝸殼制造檢測項目允許偏差及檢測部位分別見表3和圖3。

?

8 結束語

由于在施工中嚴把質量關，加強過程控制，目前已全部制造完成的向家壩地下電站4臺超大型金屬蝸殼，各項指標均達到或超過規(guī)范要求，這為蝸殼順利安裝，保證安裝質量滿足機組穩(wěn)定運行要求創(chuàng)造了條件。

向家壩右岸地下廠房蝸殼開始安裝至今，1到4號機蝸殼已經全部安裝完成，從安裝現(xiàn)場得到的消息反饋來看，安裝、監(jiān)理及業(yè)主單位對蝸殼制造質量給予較高評價，認為向家壩地下廠房蝸殼制造質量優(yōu)良，為從根本上滿足蝸殼安裝質量及進度提供了保證。

TK730.3+12

B

1672-5387（2011）02-0037-03

2010-10-11

徐洪偉（1973-），男，工程師，從事水電站機電設備制作安裝和金屬結構制作安裝技術管理工作。