劉生國

（中國水利水電建設(shè)工程咨詢中南有限公司，湖南 長沙 410014）

清蓄電站蝸殼焊接質(zhì)量控制研究與實施

劉生國

（中國水利水電建設(shè)工程咨詢中南有限公司，湖南 長沙 410014）

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站采用高水頭、大容量、高轉(zhuǎn)速的可逆式蓄能機組，蝸殼材質(zhì)為厚板型高強鋼，焊接工藝復(fù)雜，施工質(zhì)量控制難度大，1號機組蝸殼焊縫超聲波探傷一次合格率未滿足南方電網(wǎng)示范工程建設(shè)目標(biāo)要求。本文歸納分析了焊接缺陷的主要原因，通過研究與實施質(zhì)量控制對策，后續(xù)機組蝸殼焊接質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期效果，可供類似工程監(jiān)理借鑒。

蝸殼；焊接；質(zhì)量；控制；對策

1 工程概況

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站位于廣東省清遠(yuǎn)市境內(nèi)，直線距離廣州75 km，樞紐工程由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群及開關(guān)站、永久公路等部分組成。地下廠房內(nèi)安裝4臺立式單級混流可逆式蓄能發(fā)電機組，總裝機容量4×320 MW。電站最大水頭504.5 m，額定水頭470 m，最小水頭449.3 m。

水泵水輪機部件包括尾水管、底環(huán)、座環(huán)、蝸殼、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機構(gòu)、水導(dǎo)軸承等，其中蝸殼材質(zhì)為B610CF高強鋼，壁厚32～74 mm，重約226 t，廠家分瓣制造及運輸，工地組裝與焊接。清蓄電站蝸殼安裝是南方電網(wǎng)示范工程建設(shè)項目，施工質(zhì)量需滿足規(guī)范優(yōu)良等級標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《水電水利基本建設(shè)工程單元工程質(zhì)量等級評定標(biāo)準(zhǔn)》DL/T5113.3-2012，焊接質(zhì)量是蝸殼安裝質(zhì)量評定的主要檢查項目，其優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)為超聲波探傷檢測一次合格率≥95%，且同一部位焊縫的返工次數(shù)不超過1次。

2 電站1號機組蝸殼焊接情況簡述

水泵水輪機蝸殼的水力條件要比常規(guī)水輪機復(fù)雜，其焊接質(zhì)量直接關(guān)系到蝸殼結(jié)構(gòu)強度和機組運行安全。清蓄蝸殼采用厚板型高強鋼制造，管節(jié)最大壁厚達(dá)74 mm，最小管節(jié)內(nèi)徑僅為1 220 mm，焊接作業(yè)面狹小，焊接工藝復(fù)雜，施工質(zhì)量控制難度大。類似蓄能電站蝸殼焊接，普遍存在氣孔、夾渣、未熔合等質(zhì)量通病，甚至發(fā)生過蝸殼水壓試驗焊縫開裂、多次返工等質(zhì)量事故。

清蓄蝸殼組裝共有3條環(huán)縫需要現(xiàn)場焊接，每條焊縫長度分別為3 405 mm、6 225 mm、7 870 mm。1號機組蝸殼焊接完成后，按照焊接工藝規(guī)程要求，對焊縫進(jìn)行了100%PT、100%UT和20%TOFD無損探傷檢測，其中超聲波探傷（UT）一次合格率為92.5%，雖滿足規(guī)范的合格等級標(biāo)準(zhǔn)，但低于規(guī)范優(yōu)良等級標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)檢測結(jié)果統(tǒng)計分析（詳見表1、表2），1號機組蝸殼焊縫存在氣孔、夾渣、形狀缺陷、未融合、咬邊、裂紋等缺陷，以氣孔缺陷為主，占焊縫總?cè)毕蓍L度的80%。

為確保蝸殼焊接質(zhì)量和實現(xiàn)南方電網(wǎng)示范工程建設(shè)目標(biāo)，有必要分析焊接缺陷成因，研究焊接過程質(zhì)量控制對策，以提高后續(xù)機組蝸殼安裝施工質(zhì)量水平。

表11 號機組蝸殼焊縫超聲波探傷一次合格率統(tǒng)計表

3 焊接缺陷原因分析及要因確認(rèn)

根據(jù)1號機組蝸殼焊接的施工作業(yè)指導(dǎo)書、監(jiān)理日志、驗收記錄、施工記錄等文件資料，并結(jié)合對施工現(xiàn)場的調(diào)查，從“人、機、料、法、環(huán)、測”六個方面分析，排查出可能造成焊縫缺陷的14個末端原因：崗前系統(tǒng)培訓(xùn)不完善、焊接過程監(jiān)控力度不夠、烘箱和保溫筒保養(yǎng)維修不及時、焊接材料受潮、母材含碳量超標(biāo)、焊縫清根方法欠妥、焊接電流太小、坡口清理未徹底、坡口角度及間隙超標(biāo)、預(yù)熱溫度偏低、焊接環(huán)境相對濕度超標(biāo)、焊接部位風(fēng)速過大、檢測人員操作誤差、探傷儀器精度誤差。

表2 1號機組蝸殼焊縫缺陷類型調(diào)查統(tǒng)計表

經(jīng)過逐項核查和論證，確認(rèn)造成1號機組蝸殼焊縫“氣孔缺陷多”的主要原因有5個（詳見表3），分別是：崗前系統(tǒng)培訓(xùn)不完善、焊接過程監(jiān)控力度不夠、烘箱和保溫筒保養(yǎng)維修不及時、采用風(fēng)鏟清根、焊接電流太小。

表3 主要缺陷原因分析確認(rèn)表

4 質(zhì)量控制對策研究與實施

4.1 制定對策

1）監(jiān)理部牽頭成立蝸殼焊接質(zhì)量控制小組，配備機械、焊接、電氣、檔案管理等專業(yè)技術(shù)人員，以加強事前、事中、事后施工質(zhì)量管控。

2）完善崗前系統(tǒng)培訓(xùn)。督促施工項目部重新組織培訓(xùn)及考核，要求培訓(xùn)內(nèi)容覆蓋率100%，焊工需取得高強鋼焊接技能認(rèn)定證書方可上崗。

3）修訂焊接過程監(jiān)控制度。修訂焊接過程質(zhì)量監(jiān)控制度，制定相關(guān)記錄表格，增加監(jiān)理旁站點，固定施工質(zhì)檢專職人員，并逐項落實職責(zé)。

4）按規(guī)定及時檢查維修焊接設(shè)備。制定焊接設(shè)備檢查維修記錄表，每月檢修次數(shù)不少于1次。

5）改變焊縫清根方法。采用碳弧氣刨清根，焊縫應(yīng)無熔渣和表面缺陷，清根合格率100%。

6）控制焊接電流滿足要求。督促施工項目部組織焊接工藝參數(shù)專項技術(shù)交底，技術(shù)員適時監(jiān)測調(diào)整電流大小，保證焊接電流滿足工藝規(guī)程要求。

在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，關(guān)系模式是有概念模式生成的。概念模式的表示方法一般為E-R圖。在E-R圖中，包括實體和聯(lián)系兩個元素，實體與實體之間的聯(lián)系類型有“1對1”、“1對多”和“多對多”三種，根據(jù)一定的規(guī)則和規(guī)范化要求，可以導(dǎo)出由實體和聯(lián)系生成的關(guān)系模式。因此，關(guān)系模式可以分為實體關(guān)系模式(實體表)和聯(lián)系關(guān)系(聯(lián)系表)模式兩類。根據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的參照完整性要求，關(guān)系表之間存在主外鍵的約束關(guān)系，形成了關(guān)系圖。

4.2 對策實施及效果

4.2.1 完善崗前系統(tǒng)培訓(xùn)

在2號機組蝸殼焊接前，質(zhì)量控制小組重新組織業(yè)主、監(jiān)理、施工項目部的質(zhì)量技術(shù)管理人員和焊接作業(yè)人員進(jìn)行了崗前培訓(xùn)考核，內(nèi)容涵蓋施工安全規(guī)程、蝸殼焊接施工流程及其質(zhì)量控制要點、焊接材料的選擇、倉儲、烘焙及保溫注意事項、坡口清理及焊縫清根的注意事項、碳弧氣刨清根操作要領(lǐng)、焊接方法及工藝參數(shù)的選擇、焊接常見缺陷的預(yù)防及處理、高強鋼焊接技能考核等。

通過崗前系統(tǒng)培訓(xùn)，全體人員對蝸殼焊接工藝規(guī)程和常見缺陷的預(yù)防方法，有了更深刻的認(rèn)識，素質(zhì)有了較大提高，焊接作業(yè)人員根據(jù)崗前培訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行了焊接生產(chǎn)性試驗，6名專職焊工一次性通過了考試，取得了高強鋼焊接技能認(rèn)定證書。

4.2.2 修訂并落實焊接過程監(jiān)控制度

為規(guī)范蝸殼焊接質(zhì)量管理，施工項目部修訂了《蝸殼焊接過程監(jiān)控制度》，監(jiān)理部同步完善了《蝸殼焊接旁站監(jiān)理實施細(xì)則》，重點在定位焊接、正式焊接、焊縫清根、后熱消應(yīng)、探傷檢測、缺陷處理等施工環(huán)節(jié)增加監(jiān)理旁站點。

為有效落實蝸殼焊接過程監(jiān)控制度，質(zhì)量控制小組制定了《清蓄電站蝸殼焊接過程檢查表》，內(nèi)容涵蓋焊材倉儲保管及檢測、設(shè)備檢查維修、焊接參數(shù)監(jiān)測、工序驗收、質(zhì)量評價等管理環(huán)節(jié)，并逐項落實到人。

為加大蝸殼焊接過程質(zhì)量監(jiān)控力度，按照焊接施工計劃，監(jiān)理和施工方各自指派1名專業(yè)人員跟班監(jiān)控施工質(zhì)量，并要求質(zhì)檢人員不得隨意更換。

質(zhì)量控制小組對蝸殼焊接過程監(jiān)控制度的可行性及落實情況進(jìn)行了效果檢查，發(fā)現(xiàn)修訂后的制度及其檢查記錄表格內(nèi)容健全、可操作性強。現(xiàn)場質(zhì)檢人員已落實到位，并進(jìn)行了跟班旁站監(jiān)控，旁站記錄完整、數(shù)據(jù)詳實可靠。通過蝸殼焊接過程監(jiān)控制度的實施，監(jiān)理工程師和施工質(zhì)檢人員不但明確了各自的職責(zé)，同時也掌握了質(zhì)量控制的內(nèi)容和方法，真正落實了事前、事中、事后控制。

4.2.3 按規(guī)定及時檢查維修焊接設(shè)備

按照南方電網(wǎng)《施工機械（具）和設(shè)備管理業(yè)務(wù)指導(dǎo)書》規(guī)定，督促施工項目部每月對焊接設(shè)備進(jìn)行2次檢查維修，及時更換故障設(shè)備。

在后續(xù)3臺機組蝸殼施工期間，電焊機、烘箱和保溫筒等設(shè)備運行正常，相關(guān)檢查記錄表格歸檔及時，確保了焊條烘焙及保溫滿足要求和正常生產(chǎn)。

4.2.4 清根方式由風(fēng)鏟改為碳弧氣刨

采用碳弧氣刨代替風(fēng)鏟清根，清根后人工打磨滲碳層和刨槽表面缺陷。清根工作由通過崗前培訓(xùn)考試合格的焊工進(jìn)行，首先在清根前檢測焊縫溫度，低于80℃時需對焊縫重新預(yù)熱；再將清根側(cè)的焊縫表層清除；然后用砂輪人工打磨修整刨槽，磨除滲碳層和氧化物、凹坑、氣孔等表面缺陷；最后采用滲透探傷檢查，確認(rèn)刨槽無缺陷。

經(jīng)過檢查，后續(xù)機組蝸殼焊縫清根合格率全部達(dá)到了100%，取得了預(yù)期效果。

4.2.5 控制焊接電流滿足工藝規(guī)程要求

為確保作業(yè)人員完全掌握焊接工藝要領(lǐng)，施工項目部重新組織焊接工藝專項技術(shù)交底，重點講解焊接電流的選擇及其注意事項。質(zhì)量控制小組成員全過程旁站監(jiān)督，每隔15 min記錄一次焊接電流值，施工技術(shù)人員適時調(diào)整電流大小，使其滿足焊接工藝規(guī)程要求（Φ3.2焊條：平焊90～140 A，立焊80～130A，仰焊80～130A；Φ4.0焊條：平焊140～190A，立焊110～180 A，仰焊110～180 A）。

經(jīng)過統(tǒng)計核查，2號～4號機組蝸殼焊接電流實測值全部滿足工藝規(guī)程要求。

5 質(zhì)量控制成果

后續(xù)3臺機組蝸殼焊接完成后，按照焊接工藝規(guī)程要求，對焊縫進(jìn)行了100%PT、100%UT和20% TOFD無損探傷檢測。根據(jù)檢測結(jié)果統(tǒng)計分析，其中2號～4號機組蝸殼焊縫UT探傷一次合格率分別為97.8%、99%、99.2%，與1號機組相比，每條焊縫質(zhì)量有了明顯的提高，均高于目標(biāo)合格率，質(zhì)量控制活動取得了持續(xù)改進(jìn)的效果（詳見表4）。

全廠4臺機組的蝸殼焊縫UT探傷一次合格率平均達(dá)97.2%，焊接質(zhì)量整體達(dá)到了規(guī)范優(yōu)良等級標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了南方電網(wǎng)示范工程建設(shè)目標(biāo)。質(zhì)量控制小組的活動成果，榮獲2014年度國家工程建設(shè)優(yōu)秀QC小組一等獎，被評為2014年度全國優(yōu)秀質(zhì)量管理小組。

表4 4臺機組蝸殼焊縫超聲波探傷一次合格率統(tǒng)計表

6 結(jié)語

目前，清蓄電站已有3臺機組投產(chǎn)發(fā)電，機組運行平穩(wěn)，各項主要技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于國內(nèi)同類蓄能機組。通過蝸殼焊接質(zhì)量專項控制活動，我們摸索出了一套蓄能機組蝸殼安裝與焊接的施工監(jiān)理工作方法，將《蝸殼焊接作業(yè)指導(dǎo)書》、《旁站監(jiān)理實施細(xì)則》和《焊接施工過程監(jiān)控制度》形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，向今后類似工程推廣實施。

［1］東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司.清遠(yuǎn)抽水蓄能電站蝸殼現(xiàn)場組焊要領(lǐng)書［Z］，2012.7.

［2］Q/CSG411002-2011基建工程質(zhì)量控制作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WHS）［S］.中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司，2012.2.

［3］DL/T5070-2012水輪機金屬蝸殼現(xiàn)場制造安裝及焊接工藝導(dǎo)則［S］.

［4］GB/T8564-2003水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］DL/T5113.3-2012水電水利基本建設(shè)工程單元工程質(zhì)量等級評定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

TV547.3

B

1672-5387（2016）10-0037-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.011

2016-03-18

張廣川（1979-），男，工程師，從事水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

收稿日期：2016-06-04

作者簡介：劉生國（1975-），男，高級工程師，從事水電站機電工程設(shè)計、監(jiān)理工作。