王學(xué)勛，胡文波

（中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

在蘇洼龍水電站工程項目中，使用了大量壓力鋼管，其施工作業(yè)選用的是洞內(nèi)自動化組焊技術(shù)，主要工藝在于鋼管以立式進(jìn)行組圓，并根據(jù)需求完成縱縫焊接等工作，成型后轉(zhuǎn)移至現(xiàn)場用于安裝，最終構(gòu)成完整的結(jié)構(gòu)體系。

1 工程概況

蘇洼龍電站工程項目中，引水系統(tǒng)設(shè)于金沙江左岸，共設(shè)置4條相互呈平行關(guān)系的引水隧洞，采取31m的間距控制標(biāo)準(zhǔn)。其主要組成結(jié)構(gòu)為壓力鋼管段（內(nèi)徑10.0m），并配置適量錐管段（直徑8.4m、長12m）安裝在上游邊墻外側(cè)。結(jié)合現(xiàn)場施工條件，壓力鋼管施工作業(yè)包含明管段和埋管段兩部分。壓力鋼管板厚30～40mm，統(tǒng)一選用N610CF材料。

2 設(shè)備分析

蘇洼龍工程項目以智能化為發(fā)展目標(biāo)，引入了ZH100型鋼管智能化組焊臺車系統(tǒng)。ZH100鋼管臺車核心是智能化中央控制集成系統(tǒng)，可實現(xiàn)主機旋轉(zhuǎn)控制、油缸伸縮控制及其他電氣控制，并可提供數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程查詢和遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。

主機橫梁可升降，適應(yīng)不同的管徑；頂梁加工T型槽，帶夾具后可適應(yīng)不同的鋼管寬度（1000～3000mm）；每根支撐油缸可單獨調(diào)整，適應(yīng)直管、錐管制造；操作平臺可升降，適應(yīng)不同管徑的頂部平臺操作；采用伺服電機轉(zhuǎn)速無級調(diào)節(jié)，主機旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)；整機部件模塊化設(shè)計，現(xiàn)場安裝快捷方便。其具有安全、高效、環(huán)保、鋼管制造質(zhì)量高、設(shè)備自身安裝快捷、轉(zhuǎn)場快速、對支洞尺寸要求較低、制造過程智能化控制，并可遠(yuǎn)程監(jiān)控等顯著特點。鋼管組圓的精度得到了保障，直徑可控制在2mm以下。

3 大直徑壓力鋼管洞內(nèi)組圓焊接技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）清理焊縫坡口兩側(cè)10～20mm的區(qū)域，包括鐵銹、油污等；經(jīng)過碳弧氣刨后，處理坡口及其兩側(cè)，打磨使其具有金屬光澤。

（2）檢查母材質(zhì)量，明確有無缺陷，并以其為參考采取打磨等可行處理措施。通過表面無損探傷的方式檢查質(zhì)量情況，做好信息記錄。每完成一道焊接后均要檢查并清理施工中產(chǎn)生的雜物。

（3）設(shè)變形參考點，以便分析焊接節(jié)段的變形情況。

（4）選擇樣板，用于焊接后測量弧度的變化。

（5）配套焊接輔助設(shè)施，包含焊材烘干箱、保溫桶等。

（6）檢查裝配尺寸，若實際偏差超出合理范圍則必須校正。錯牙校正所用工具為卡具，避免直接錘擊。

3.2 對接縫定位焊接

定位焊不允許保留在一、二類焊縫內(nèi)，焊縫背面碳弧氣刨清根時將定位焊徹底清除。焊接前需要做好預(yù)熱，處理區(qū)域為焊縫周邊寬150mm范圍內(nèi)。以焊接工藝評定預(yù)熱溫度為基準(zhǔn)，預(yù)熱溫度需在該值基礎(chǔ)上增加20～30℃，采用氧氣-乙炔火焰加熱。定位焊縫應(yīng)在距焊縫端部30mm以上，長度在50mm以上，厚度≤8mm。

3.3 焊縫預(yù)熱

（1）鋼管縱縫、環(huán)縫均采用履帶式電加熱板進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度穩(wěn)定在60～80℃。

（2）以預(yù)熱溫度為參考，要求層間溫度不低于該值，最高溫度≤200℃。

（3）配備表面溫度計，嚴(yán)格控制測溫范圍，在距離焊縫中心各50mm處對稱測量溫度。每條焊縫測量點間距≤2m，且≥3對。

3.4 正式焊接

（1）層間溫度控制。加強焊接期間的溫度控制，檢測中間層的溫度情況，必須達(dá)到預(yù)熱溫度要求或比其略高，層間溫度穩(wěn)定在200℃以下。溫度過高，說明焊接熱輸入過大，應(yīng)暫停焊接，并在恢復(fù)焊接后控制焊接速度，以降低焊接熱輸入，其值應(yīng)控制在35kJ/cm以下。為便于直觀判斷焊接熱輸入是否超標(biāo)，可通過限制一根焊條所焊焊道長度進(jìn)行控制。對于一根直徑3.2mm的焊條，控制其焊道長度≥70mm；對于一根直徑4.0mm的焊條，控制其焊道長度≥130mm。這樣焊接熱輸入才不會超標(biāo)。若層間溫度低于預(yù)熱溫度，則要采取加熱處理措施。

（2）焊接工藝。選擇埋弧自動焊和手工焊條電弧焊兩種方式，焊接時必須明確焊接評定報告的具體信息，以此為依據(jù)控制焊接工藝參數(shù)。在縱縫焊接過程中，助焊板是重要的輔助裝置，可為引弧和斷弧施工提供幫助。引弧和斷弧的具體操作區(qū)應(yīng)設(shè)置在坡口內(nèi)，避免在母材上操作。對于引弧板和熄弧板的切除，可選擇碳弧氣刨的方式進(jìn)行，并使用砂輪機處理坡口，使其具有平整性。若選擇手工焊接，接頭錯開量應(yīng)達(dá)到25mm或更多；對于自動焊接，錯開量需增加至100mm或更多。每完成一道焊接作業(yè)，均要隨即檢查施工情況，如熔渣、飛濺等，并清理干凈。焊接示意圖如圖1、圖2所示。各焊縫都要遵循連續(xù)焊接的原則，若因特殊情況導(dǎo)致焊接中斷，則要視實際情況采取合適的防裂措施。重新焊接前做好清理工作，確保焊縫表面不殘留焊渣等。臨時構(gòu)件的拆除要避免強制性錘擊，可選擇火焰切割的方式，若損傷母材必須進(jìn)行補焊，焊后磨平并做表面探傷（PT滲透檢測或MT磁粉檢測）。背縫的清理，以碳弧氣刨較為合適，隨后再使用磨光機打磨，滿足潔凈要求后即可開始焊接作業(yè)。

圖1 雙絲埋弧自動焊（單位：mm）

圖2 單絲埋弧自動焊（單位：mm）

（3）施工要點。焊接期間要加強參數(shù)控制，確保焊接熱輸入的可靠性，并配備弧度樣板，用以監(jiān)測焊縫變形情況，明確實測結(jié)果與設(shè)計值的誤差，調(diào)整工藝方法。焊接作業(yè)應(yīng)優(yōu)先從構(gòu)件周邊約束較大的區(qū)域開始，再逐步轉(zhuǎn)向約束偏小的區(qū)域。帶板試件的焊接作業(yè)要遵循同步性原則，即在延長處和鋼管縱縫處施焊，再檢驗質(zhì)量情況，若某項指標(biāo)不滿足要求，則要分析具體原因。對于因焊接工藝或材料不達(dá)標(biāo)而導(dǎo)致的質(zhì)量問題，需要再次組織焊接工藝評定試驗，滿足要求后方可將工藝方法投入使用。加勁環(huán)與管壁角焊縫采用埋弧自動焊的方式，避縫孔和串通孔處焊縫端部都要得到有效的封閉焊接處理。過渡板焊接之前要經(jīng)過預(yù)熱處理，相比于正式焊接溫度，此階段的溫度應(yīng)在該基礎(chǔ)上適當(dāng)增加20～30℃。完成一、二類焊縫的焊接作業(yè)后，由焊工依據(jù)規(guī)范檢查質(zhì)量情況，在焊縫周邊用鋼印打上工號，并將焊接過程中的各項信息完整記錄；高強鋼不可設(shè)置鋼印，但依然要完成編號以及信息記錄工作。結(jié)束焊接后將生成完整的記錄表，焊工在該處確認(rèn)簽字。對于質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的部分，需再次焊接，通過錄像或照相的方式記錄信息。

4 缺陷處理施工

4.1 表面缺陷處理

鋼管在使用過程中易出現(xiàn)銹蝕或是撞傷等問題，以凹坑為例，若該處的深度≤2mm，使用角磨機磨平即可。若凹坑深度＞2mm，首先要使用角磨機處理，然后根據(jù)特定的工藝完成焊補作業(yè)。此處產(chǎn)生的焊接余高也要被有效打磨，可使用角磨機磨平。做好上述工作后，監(jiān)理工程師進(jìn)行全面檢查，保證各項指標(biāo)都滿足要求。

4.2 焊縫內(nèi)部缺陷處理

（1）焊縫內(nèi)部質(zhì)量的檢查可采取無損探傷的方式，若存在缺陷，則要明確具體類型并探明成因，采取相適應(yīng)的解決措施，嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范完成返修作業(yè)。關(guān)于缺陷的清理，正常情況下以碳弧氣刨的方式較為合適，通過角磨機處理滲碳層，在該處開合適規(guī)格的凹槽，在尺寸滿足要求后即可返修。

（2）結(jié)束焊接作業(yè)且經(jīng)過24h后，即可通過超聲波檢查質(zhì)量情況，各部位的返修次數(shù)原則上只能為1次。返修工藝的選擇至關(guān)重要，需要根據(jù)具體成因采取相適應(yīng)的技術(shù)措施，還要得到監(jiān)理的審批，否則不可進(jìn)行返修作業(yè)。

（3）焊縫內(nèi)部缺陷處理時要加強質(zhì)量控制，形成“三檢”檢查記錄，結(jié)束施工作業(yè)后由監(jiān)理工程師檢查，保證處理效果滿足規(guī)范要求。

5 施工質(zhì)量情況

壓力鋼管采用洞內(nèi)組圓專機組圓，各項檢測數(shù)據(jù)均優(yōu)于規(guī)范要求，達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。制作焊縫全部采用埋弧自動焊，因此外觀成型優(yōu)良。內(nèi)部質(zhì)量UT檢測總長度為2886m，一次合格2862m，一次合格率達(dá)到99.2%，TOFD抽檢一次合格率達(dá)到100%。

6 結(jié)語

綜上所述，文章以蘇洼龍水電站引水隧洞壓力鋼管洞內(nèi)組圓及焊接技術(shù)為工程背景，圍繞壓力鋼管洞內(nèi)組圓焊接技術(shù)展開探討，總結(jié)各環(huán)節(jié)施工中的關(guān)鍵要點，提出缺陷的處理方法。實踐表明，該技術(shù)能夠有效應(yīng)用于工程項目中，在保證施工質(zhì)量的同時還可減少人力與物力的投入，綜合效益良好，具有較高的參考價值。