王亞杰

摘 要：大、中型水電站焊接鋼結(jié)構(gòu)主要有壓力鋼管（包括蝸殼）、鋼閘門、啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)件、水輪機(jī)焊接座環(huán)、發(fā)電機(jī)圓盤轉(zhuǎn)子支架以及其他大型鋼結(jié)構(gòu)件。這些水工鋼結(jié)構(gòu)大多是設(shè)計(jì)水頭高、容量大、構(gòu)件龐大、結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、焊接質(zhì)量要求高的焊接結(jié)構(gòu)，除了上述主要特點(diǎn)外，現(xiàn)場(chǎng)焊接環(huán)境條件比較差也是水工鋼結(jié)構(gòu)焊接的主要特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：壓力鋼管；現(xiàn)場(chǎng)安裝；焊接變形

1 引言

系統(tǒng)概括了壓力鋼管焊接變形的影響因素及控制對(duì)策，結(jié)合實(shí)例闡述了有效控制壓力鋼管現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)焊接變形的關(guān)鍵在于控制線能量，采用合適的施工工藝。壓力鋼管是水電站重要的組成部分，有壩內(nèi)埋管、地下埋管、明管三種布置形式，壓力鋼管的主要結(jié)構(gòu)通常有主管、彎管、分岔管、錐管。由于壓力鋼管龐大，一般都是在水電站工地上進(jìn)行焊接（制作、安裝）。隨著水利水電工程漸趨大型化，壓力鋼管的P·D（水頭×管徑）值越來越大。如果采用普通鋼材制作鋼管，必須增加鋼管壁厚，對(duì)其制作、運(yùn)輸和安裝帶來極大困難。因此，鋼管制作使用的材料強(qiáng)度等級(jí)也越來越高。

2 鋼管現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接的管理

水利水電焊接施工與其它行業(yè)的焊接施工相比有它的特殊性，涉及的材料種類較多，手工焊接占的比例較高，焊接位置變化多樣，野外作業(yè)較多，特別是安裝過程，受施工環(huán)境的影響較大，點(diǎn)多面廣，不容易實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管理。水利水電焊接施工尤其是水工金屬結(jié)構(gòu)安裝焊接施工管理難度十分大。在開展現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接工作前要充分了解設(shè)計(jì)及質(zhì)量要求，做好實(shí)施計(jì)劃、施工準(zhǔn)備及施工控制。焊接技術(shù)措施和組織措施都是圍繞如何有效而經(jīng)濟(jì)地保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，將焊接返修率盡可能地降低。必須做好以下幾個(gè)方面：預(yù)防出現(xiàn)質(zhì)量問題，首先必須充分了解焊接產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及質(zhì)量要求，做好焊接施工的準(zhǔn)備。工藝必須處于受控狀態(tài)，嚴(yán)肅工藝紀(jì)律，加強(qiáng)人員特別是焊工的培訓(xùn)，提高操作水平，改進(jìn)焊接方法如選用自動(dòng)焊接，提高焊接設(shè)備的可靠性，使焊接施工生產(chǎn)過程穩(wěn)定。做好焊接記錄和相應(yīng)的技術(shù)文檔工作，便于及時(shí)對(duì)焊接過程和焊接成果進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)和控制。

3 壓力鋼管安裝的焊接

3.1 焊接工藝

鋼管施焊前，將對(duì)主要部件的組裝進(jìn)行檢查，有偏差時(shí)及時(shí)予以校正。各種焊接材料要按規(guī)定進(jìn)行烘焙和保管，焊接時(shí)，將焊條放置在專用的保溫筒內(nèi)，隨用隨取。為了盡量減少變形和收縮應(yīng)力，在施焊前選定定位焊點(diǎn)，和焊接順序，應(yīng)從周圍約束較大的部位開始焊接，向約束較小的部位推進(jìn)。雙面焊接時(shí)，在其單側(cè)焊接后進(jìn)行清根并打磨干凈，再繼續(xù)焊另一面。對(duì)需預(yù)熱后焊接的鋼板，應(yīng)在清根前預(yù)熱。每一條焊縫應(yīng)一次連續(xù)焊完，當(dāng)因故中斷焊接時(shí)，采取防裂措施，在重新焊接前，應(yīng)將表面清理干凈，確認(rèn)無裂紋后，方可按原工藝?yán)^續(xù)施焊。焊接完畢，焊工將進(jìn)行自檢。

3.2 焊接要求

焊接工作環(huán)境應(yīng)在洞內(nèi)風(fēng)速不大于8m/s，相對(duì)濕度不大于90%，環(huán)境溫度不底于-4度的情況下進(jìn)行。如遇超過以上不利因素情況，應(yīng)采取有效措施。如無防范措施時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行停止焊接工作。施焊前對(duì)焊口進(jìn)行組裝工藝檢查，如有超限偏差，應(yīng)及時(shí)糾正合格才能進(jìn)行焊接。嚴(yán)格執(zhí)行焊條烘干取出后放在保溫桶內(nèi)，隨取隨用。嚴(yán)格執(zhí)行確定的焊接規(guī)范，不得隨意更改工藝參數(shù)。為盡量減少和收縮變形，在施焊前選定焊點(diǎn)和焊接順序，焊接順序應(yīng)從構(gòu)件受周圍約束力較大的部分開始焊接，向約束力小的方向推進(jìn)。多層焊間接頭應(yīng)錯(cuò)開，整條焊縫應(yīng)盡量連續(xù)完成，不得中斷，安裝環(huán)縫，多名焊工焊接時(shí)，應(yīng)注意從中心位置兩側(cè)對(duì)稱位置同時(shí)進(jìn)行。如遇不利條件，影響焊接因素，應(yīng)采取有效防護(hù)措施。如遇特殊情況，因故中斷一條焊縫不能一次焊完時(shí)，應(yīng)采取防裂措施，在重新焊接前應(yīng)將表面清理干凈，確認(rèn)無裂紋后方可按原焊接工藝進(jìn)行焊接。拆除引、斷弧板時(shí)，應(yīng)不傷及母材。焊接完畢，焊工應(yīng)按DL5017—93第6.3.9條規(guī)定自檢。

3.3 焊接的質(zhì)量檢驗(yàn)

一類焊縫鋼管縱縫100%超聲波檢查。二類焊縫鋼管環(huán)縫30—50%超聲波檢查無損探傷應(yīng)在焊接完成24小時(shí)后進(jìn)行。進(jìn)行無損探傷應(yīng)嚴(yán)格遵守DL5017-93的規(guī)定。焊縫無損探傷的抽查率應(yīng)按施工圖紙規(guī)定采用。若施工圖紙未規(guī)定時(shí)，按下表確定。抽查部位應(yīng)按監(jiān)理工程師的指示選擇在容易產(chǎn)生缺陷的部位，并應(yīng)抽查到每個(gè)焊工的施焊部位。

4 線能量的控制

（1）減小線能量。減小線能量，能有效防止焊接接頭的橫向收縮、縱向收縮（縱彎）、角變形和波浪變形，其中T形接頭的橫向收縮和角變形的效果最好。對(duì)于壓力鋼管而言，由于主要是縱向焊縫和橫向焊縫，在施工過程中，應(yīng)控制橫向收縮、縱向收縮（縱彎）、角變形和波浪變形，其中角變形和波浪變形對(duì)于圓度控制有著重要意義。在線能量一定時(shí)，板厚δ增大，收縮變形減??；但由于壓力鋼管必須焊透，焊條金屬熔敷量W隨板厚δ增大而增大（或線能量增大），收縮變形量勢(shì)必也增大。兩者疊加，后者影響更大，而且在實(shí)際施工過程中，焊縫也未必能一次就焊透符合要求，不可避免局部返修，一旦板厚δ增大，不可避免增大收縮變形量。因此，板厚δ在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)予以充分考慮，盡量?jī)?yōu)化。對(duì)于前面提及的根部間隙或坡口的影響，主要在制作時(shí)控制好。鋼板畫線、下料尺寸要精確，應(yīng)在專用平臺(tái)下料（平臺(tái)平面度控制在2mm）開坡口。另外，鋼板卷制時(shí)應(yīng)特別控制鋼板寬度中心線與卷板機(jī)卷輥軸心線的垂直度。如果不垂直，那么在拼裝單件成圓時(shí)，會(huì)增加縱縫的修整工作量，容易造成縱縫的間隙大大超標(biāo)。如果縱縫的坡口也事先開好，那很可能就要重新修整，再開坡口，那間隙就大了。實(shí)際操作中，如果是薄板，縱縫往往在拼裝單件成圓時(shí)先將周長(zhǎng)方向多余部分割除，再開坡口。這一方法雖然坡口間隙不大，但是用手工割除多余部分鋼板時(shí)，不可能很直，縱縫線性彎彎曲曲，極不規(guī)則，對(duì)于焊接變形、焊接質(zhì)量有不利影響。對(duì)于厚板結(jié)構(gòu)，當(dāng)圓半徑較小時(shí)，還是應(yīng)當(dāng)精確下料（預(yù)留縱向焊縫壓頭長(zhǎng)度），開好橫向坡口，卷制成弧后利用半自動(dòng)切割機(jī)切除縱向焊縫多余部分并開好坡口，然后進(jìn)行裝，這樣對(duì)焊接變形、焊接質(zhì)量影響最小。

（2）自由收縮。焊前給予結(jié)構(gòu)反變形與焊接后收縮變形相抵，從而可以減小甚至消除結(jié)構(gòu)因焊接引起的變形。為此，對(duì)于縱向焊縫先焊內(nèi)側(cè)，應(yīng)在拼裝時(shí)適當(dāng)讓拼裝構(gòu)件的圓半徑應(yīng)略大于基準(zhǔn)圓半徑（具體數(shù)據(jù)因管徑、板厚不同各異，可以在施工實(shí)踐中由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出），焊接收縮后兩圓即基本重合，從而很好地消除了角變形。

5 總結(jié)

通過本文的研究可以得出以下兩條結(jié)論：首先，壓力鋼管焊接變形控制是控制形位尺寸的一個(gè)重要因素，只有做好的焊接工作才能對(duì)工程的質(zhì)量有所保證。其次，控制焊接變形主要是控制線能量，線能量應(yīng)由焊接工藝評(píng)估確定，在線能量的控制上最重要的還是要根據(jù)實(shí)際的工程來確定科學(xué)的控制力度。

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