戴剛平 王淑紅 舒方

一、工程概述

1.項目概況

皖電東送工程是我國首條同塔雙回路特高壓交流輸電工程，建成后每年將輸送超過500億度電，相當(dāng)于為上海新建了6座百萬千瓦級的火電站。在該工程中，我公司成功中標(biāo)第28包、第29包、第30包，5個塔型，共計201基鋼管塔，總重量約3.5萬t。

2.工程焊接特點

皖電東送工程鋼管塔焊接結(jié)構(gòu)主要有鋼管與帶頸鍛造法蘭對接一級焊縫、連接板焊縫、C（U）形插板焊縫、十字插板焊縫、掛線板焊縫及加勁板焊縫等形式。工程總焊縫長度達(dá)到11.6萬m，其中一級焊縫總長度達(dá)到4.4萬m。呈現(xiàn)出焊接工作量大、結(jié)構(gòu)形式多、焊接難度大等特點。

3.工程難點

在本工程鋼管塔設(shè)計中，首次大規(guī)模批量采用了帶頸鍛造法蘭與直縫鋼管對接焊的連接形式（見圖1）。由于其焊縫質(zhì)量等級為一級焊縫，因此對裝配質(zhì)量要求、焊接技術(shù)要求都較高。同時對鋼管外形尺寸偏差（直線度、斷面垂直度、橢圓度）等關(guān)鍵技術(shù)要求也大幅提高。但這種新型連接形式的優(yōu)點是可以將構(gòu)件的拼裝和焊接工序?qū)崿F(xiàn)流水線及自動化作業(yè)，較傳統(tǒng)的平面法蘭連接形式的鋼管塔加工生產(chǎn)效率總體可以提高近一倍。

U形插板連接形式（見圖2）也是本工程鋼管塔使用到的一種較新型連接方式。其具有連接可靠、安裝方便等優(yōu)點。而U形插板的加工一直以來都是鋼管塔行業(yè)的一個難點，其加工步驟繁瑣，加工質(zhì)量穩(wěn)定性差。

二、關(guān)鍵焊接技術(shù)應(yīng)用

由于本工程焊接工作量大且焊接質(zhì)量要求高，我公司針對以往焊接生產(chǎn)過程中的技術(shù)瓶頸以及影響焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵工序進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，成功研發(fā)出一些新技術(shù)，實現(xiàn)了各道生產(chǎn)工序的順暢銜接，并取得較大的生產(chǎn)效益。

（1）埋弧焊無坡口無間隙不清根雙面熔透環(huán)向焊接新技術(shù)應(yīng)用 本工程鋼管與法蘭的對接數(shù)量龐大，且焊縫質(zhì)量要求高。鑒于埋弧焊本身生產(chǎn)效率高、焊縫質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)越性，我們通過大量焊接試驗采集工藝數(shù)據(jù)，以及對焊縫的無損檢測結(jié)果和力學(xué)性能試驗的分析，最終形成了一套新的中厚板對接環(huán)向焊接新技術(shù)，即埋弧焊無坡口無間隙不清根雙面熔透焊接工藝。該新工藝顯著提高了焊接生產(chǎn)效率，焊縫成形美觀、同時保證了環(huán)向?qū)雍缚p質(zhì)量的穩(wěn)定性。焊縫的一次合格率為98%以上。

圖1 帶頸鍛造法蘭與直縫鋼管對接形式

圖2 U形插板連接形式

（2）全自動搖擺氣體保護(hù)焊接技術(shù) 以往8mm以下的薄壁鋼管與法蘭連接焊縫的焊接工藝均為手工氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形工藝。但由于焊縫質(zhì)量等級高，即對焊工技能要求較高，且焊縫內(nèi)部質(zhì)量的穩(wěn)定性較差，一次合格率往往較低，所以為了提高生產(chǎn)效率實現(xiàn)焊接自動化，提高焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性，我們引進(jìn)了全自動搖擺氣體保護(hù)焊接工藝。該工藝采用先內(nèi)焊后清根再外焊的焊接程序，并通過機(jī)械焊接成功解決了小徑管內(nèi)焊接操作難、成形差等問題。

（3）富氬混合氣體集中供氣應(yīng)用 焊接用保護(hù)氣體采用了富氬混合氣體（85%Ar+15%CO2）。該混合比例可以使焊縫更加美觀，焊接飛濺量減少。同時我公司決定采用集中供氣的方式，其主要優(yōu)勢有：氣體比例恒定且氣體流量穩(wěn)定；氣體的水分含量得到了有效控制；減少了換瓶時間，提高工作效率；氣體成本節(jié)約了約30%。

三、焊接人員培訓(xùn)及焊接裝備應(yīng)用

（1）焊接人員培訓(xùn) 在工程開展前期，公司在國家電網(wǎng)鎮(zhèn)江焊接培訓(xùn)中心的指導(dǎo)下培訓(xùn)了4名焊接技術(shù)管理員、6名焊接過程檢驗員、6名無損檢測員以及持證焊工101人。

為保證工程焊接質(zhì)量，提高焊工整體技能水平，公司還聘請高級技師對焊工進(jìn)行一對一技能指導(dǎo)，并對持證焊工逐一進(jìn)行了技能水平考核，考核合格方可進(jìn)行本工程焊接施工。工程制作間歇，公司還針對薄壁管環(huán)向?qū)雍疙椖窟M(jìn)行了焊工技能比武，增強了焊工的質(zhì)量意識。

（2）焊接設(shè)備投入情況 在本工程開展期間投入的焊接設(shè)備和工裝有：全自動火焰切割機(jī)5臺、鋼管定長等離子切割機(jī)2臺、機(jī)械坡口切割機(jī)2臺、構(gòu)件組對工裝模具22臺、等離子管端開槽機(jī)2臺、半自動CO2氣體保護(hù)焊機(jī)50臺、全自動搖擺CO2氣體保護(hù)焊機(jī)3臺、埋弧焊環(huán)焊專機(jī)3臺、鋼管塔加工一體機(jī)2臺等。

（3）焊接新設(shè)備應(yīng)用 由于在本工程生產(chǎn)各關(guān)鍵工序都采用了新工藝，或在原有工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大的工藝調(diào)整。因此，必須有相應(yīng)的配套設(shè)備，而某些設(shè)備在目前國內(nèi)市場還無法購買到成品。為此公司成立新設(shè)備研發(fā)小組，積極吸收并消化國內(nèi)外各行業(yè)相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，自行研發(fā)了多套效率高、操作簡單，適合鋼管塔批量加工的新設(shè)備。

內(nèi)外埋弧焊環(huán)焊專機(jī)：針對埋弧焊無坡口無間隙不清根雙面熔透環(huán)向焊接新技術(shù)的特點，以及公司鋼管塔構(gòu)件的特有生產(chǎn)模式，我們自行研制出了實用性較強、操作簡單的內(nèi)外埋弧焊環(huán)焊專機(jī)（見圖3）。

鋼管塔加工一體機(jī)：我公司自行研制的鋼管塔加工一體機(jī)（見圖4）把帶頸法蘭與鋼管的組對、焊接、附件裝配等各道工序有機(jī)的結(jié)合起來，實現(xiàn)流水化生產(chǎn)，節(jié)約了場地占用面積，大幅度提高了生產(chǎn)效率。

鋼管定長等離子切割機(jī)：公司自行研制的鋼管定長等離子切割機(jī)（見圖5），采用機(jī)械自動旋轉(zhuǎn)、等離子切割技術(shù)以及定長刻度尺的有機(jī)結(jié)合，使切割效率和鋼管長度誤差控制的精確度都得到了很大的提升。

圖3 內(nèi)外埋弧焊環(huán)焊專機(jī)

數(shù)控等離子鋼管開槽機(jī)：由于本工程鋼管塔插板結(jié)構(gòu)鋼管構(gòu)件眾多，管端開槽工作量大，公司聯(lián)合專業(yè)廠家研制兩臺數(shù)控鋼管等離子開槽機(jī)（見圖6），該設(shè)備能一次切割三個槽且能切割各種不同形狀圖形。生產(chǎn)過程均實現(xiàn)自動化，定位準(zhǔn)確、精度高，可大幅提高鋼管開槽生產(chǎn)效率以及加工質(zhì)量。

（4）焊接材料管理 依據(jù)公司焊接材料管理制度，針對本工程制定了嚴(yán)格的焊材進(jìn)貨驗證、儲存、烘干、發(fā)放、領(lǐng)用、回收管理制度。

第一，焊材的儲存嚴(yán)格執(zhí)行本公司《物資管理實施細(xì)則》。各生產(chǎn)車間從公司一級庫領(lǐng)用的焊材進(jìn)入焊材二級庫，二級庫由各生產(chǎn)車間自行負(fù)責(zé)建立和管理。

第二，焊材按種類、牌號、規(guī)格、入庫時間分類堆放并進(jìn)行了明確標(biāo)記，并做到先入庫者先發(fā)放。

第三，規(guī)范執(zhí)行焊條、焊劑的烘干過程，保證烘干溫度和保溫時間，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)廠推薦的要求。

第四，焊工領(lǐng)用焊材前填寫焊接材料領(lǐng)用單，由班長或焊接技術(shù)員簽字。焊材庫管理人員按領(lǐng)用單發(fā)放焊材，并填好焊接材料發(fā)放單。

第五，焊材庫管理人員及時統(tǒng)計分項工程焊材的消耗量，掌握焊材消耗情況及庫存數(shù)量。

四、焊接質(zhì)量管理

（1）焊接質(zhì)量控制文件編制 為確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，公司組織編寫了《“皖電東送”工程質(zhì)量計劃》和《“皖電東送”工程檢驗計劃》，明確提出了質(zhì)量管理體系要求和資源配置要求。同時編制了《焊接質(zhì)量保證措施》、《不合格品控制措施》等控制文件。

（2）焊接質(zhì)量過程管理 ①加強對焊接前的質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制零部件尺寸精度、坡口質(zhì)量、裝配質(zhì)量等關(guān)鍵點。②在每個生產(chǎn)車間都配置了數(shù)名焊接檢驗員，主要負(fù)責(zé)焊接過程質(zhì)量檢驗以及焊縫外觀檢驗等工作。同時，定期進(jìn)行車間焊接工藝巡檢，確保生產(chǎn)一線能嚴(yán)格執(zhí)行既定焊接工藝。③對一級焊縫采用UT探傷進(jìn)行100%檢測，當(dāng)UT探傷判斷出現(xiàn)異議時，公司采用RT探傷作為重要的補充檢測手段。④建立一級焊縫可追溯性管理制度。

圖4 鋼管塔加工一體機(jī)

圖5 鋼管定長等離子切割機(jī)

圖6 數(shù)控等離子鋼管開槽機(jī)

（3）其他質(zhì)量控制措施 ①開展焊接現(xiàn)場質(zhì)量管理活動。我公司動員和引導(dǎo)組建有關(guān)提高質(zhì)量、降低消耗、提高效率各類創(chuàng)新型QC小組，開展相關(guān)活動。②焊接質(zhì)量管理及考核。為提高焊口一次合格率，調(diào)動職工的工作積極性，公司制定了《焊接質(zhì)量獎懲辦法》，根據(jù)焊工的考核評比結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的獎懲。

五、結(jié)語

通過以上各個環(huán)節(jié)的控制，實現(xiàn)了焊接工程各項目標(biāo)，焊接工程質(zhì)量事故為零。鋼管與法蘭對接環(huán)焊縫一次UT檢驗合格率＞98%。本工程鋼管塔交貨進(jìn)度我公司為所有參建單位第一名。通過本工程近一年來的順利開展，公司參與人員得到了較為系統(tǒng)的鍛煉。同時公司自行研發(fā)的新工藝、新設(shè)備在本工程生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用，并得到了進(jìn)一步完善。這些新工藝、新設(shè)備的成功應(yīng)用，使得鋼管塔的產(chǎn)品品質(zhì)上了一個新的臺階。因此，這些新工藝、新設(shè)備在國內(nèi)鋼管塔制造行業(yè)內(nèi)也具有極高的推廣價值。