姜德虹，馬云川

(1.四川省城市建設(shè)工程監(jiān)理有限公司，成都，610213；

2.四川省送變電建設(shè)有限責(zé)任公司，成都，611731)

1 引言

遼寧清原抽水蓄能電站工程鋼管襯砌長(zhǎng)度約3899m，采用分組供水方式，即三洞六機(jī)布置形式，主要建筑物由輸水系統(tǒng)、上水庫(kù)、下水庫(kù)和地下廠房系統(tǒng)及開(kāi)關(guān)站等部分組成。壓力鋼管總量約為2.8萬(wàn)t，壓力鋼管板材選用500MPa、610MPa、780MPa強(qiáng)度鋼板。鋼管管徑種類(lèi)多，最大可達(dá)6.8m，最小2.5m。

本項(xiàng)目鋼板總量大，鋼板厚度多在32mm以上。在壓力鋼管的生產(chǎn)中，鋼板焊接是主要工序。此外，受疫情影響，開(kāi)工時(shí)間整體推遲。由于施工周期緊，焊接質(zhì)量要求高，帶來(lái)了很大的困難，為了滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需要，加強(qiáng)焊接方面的研究，并查閱了相關(guān)資料，最后選擇了高效率、高節(jié)能的雙絲埋弧焊。本文主要介紹壓力鋼管的焊接方法，以供參考。

2 工程概況

遼寧清原抽水蓄能電站位于遼寧省撫順市清原滿族自治縣北三家鄉(xiāng)境內(nèi)，下水庫(kù)壩址距清原滿族自治縣公路里程30km、距撫順市公路里程117km、距沈陽(yáng)市公路里程176km。沈吉高速、國(guó)道G202從距下水庫(kù)約10km處通過(guò)，地理位置較優(yōu)。清原抽水蓄能電站距遼寧負(fù)荷中心近，電站建成后接入遼寧電網(wǎng)，在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等任務(wù)，同時(shí)電站具備黑啟動(dòng)能力。

遼寧清原抽水蓄能電站為Ⅰ等大(1)型工程，主要建筑物為1級(jí)建筑物。樞紐工程主要建筑物有上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)和地下廠房系統(tǒng)及開(kāi)關(guān)站等部分。輸水系統(tǒng)和地下廠房系統(tǒng)布置于小石英溝和大石英溝之間的山梁內(nèi)。主要由引水和尾水系統(tǒng)組成，總長(zhǎng)約為3899m。

3 雙絲埋弧焊工藝優(yōu)勢(shì)

雙絲埋弧焊是高速焊接方法之一，在近幾年才發(fā)展成熟，雙絲分為雙極雙絲和單極雙絲。此電站選用雙極雙絲，它相對(duì)于單絲而言有兩大主要特點(diǎn)，分別為填充量大、熱輸入小。焊接時(shí)為單熔池焊接，兩絲間距為25mm～40mm之間，將參數(shù)調(diào)整到最佳時(shí)，它還有以下優(yōu)點(diǎn)。

3.1 高速

高效焊接指的是相對(duì)于單絲而言，焊接填充量一定的情況下，雙絲速度高于單絲。雙絲埋弧焊兩電極處于同一熔池中，熱輸入穩(wěn)定且熔敷金屬在液態(tài)時(shí)間較長(zhǎng)，可以使焊縫中微量元素?cái)U(kuò)散均勻，減少成分偏析現(xiàn)象，在速度提高的情況下保證了焊縫的質(zhì)量。雙絲埋弧焊后絲還有對(duì)焊縫進(jìn)行二次加熱的作用，雙絲這幾個(gè)特點(diǎn)均有利于焊縫的質(zhì)量。雙絲高效焊接在薄板時(shí)與單絲相當(dāng)，但是板厚超過(guò)30mm，焊接速度明顯提高，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算，雙絲速度可達(dá)到單絲焊接的1.35倍，節(jié)省了大量的時(shí)間。

3.2 節(jié)能

高速焊接還有節(jié)能的特點(diǎn)。從耗能方面講，后絲不僅僅是填充，對(duì)焊縫還有加熱作用，在焊縫方面為能量損耗，在機(jī)器方面節(jié)省電能，速度提升后，焊接時(shí)間也明顯減少，耗電量也隨之降低。

3.3 成形

在現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)中，埋弧焊單絲高速焊接，對(duì)焊縫成形及焊接質(zhì)量均有影響。成形時(shí)熔池還未全部攤開(kāi)就開(kāi)始凝固，導(dǎo)致焊縫成形不好，脫渣性差還易出現(xiàn)咬邊等缺陷。雙極雙絲埋弧焊由于其前絲極強(qiáng)的穿透力在焊接薄板時(shí)可直接進(jìn)行焊接，不用開(kāi)坡口。在中型、大型、超大型水電站或抽水蓄能電站的壓力鋼管制作中，大部分板厚均在30mm以上，在焊接厚板時(shí)，針對(duì)雙絲在下料坡口方面做出改變，來(lái)體現(xiàn)雙絲的高效率及成形美觀。

4 焊接設(shè)備、材料以及工藝

4.1 焊接設(shè)備

焊接設(shè)備選用MZ-1250晶閘管控制系統(tǒng)雙極雙絲埋弧自動(dòng)焊。主要設(shè)備包含埋弧焊電源(由于為雙電極，電源分為直流電源和交流電源)、埋弧焊焊接小車(chē)、軌道等。埋弧焊具有數(shù)顯功能，焊接實(shí)際參數(shù)均能反應(yīng)在屏幕上，方便技術(shù)員及質(zhì)檢人員進(jìn)行監(jiān)督檢查。

4.2 焊接材料

壓力鋼管鋼板種類(lèi)多，在本論文中用500MPa強(qiáng)度焊材舉例說(shuō)明：焊絲直徑為5mm，牌號(hào)選取XY-H10Mn2配XY-AF101焊劑，焊劑在使用前350℃下烘干2h。

4.3 焊接工藝

500MPa強(qiáng)度鋼板焊接已經(jīng)非常成熟，針對(duì)500MPa強(qiáng)度鋼板編制了焊接工藝參數(shù)，道間溫度控制根據(jù)鋼板性能及《水電水利工程壓力鋼管制作安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50766-2012)要求，控制在60℃～230℃之間。具體要求詳見(jiàn)表1和圖1。

表1 焊接工藝參數(shù)

圖1 焊接坡口尺寸和焊道分布

5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.1 宏觀檢測(cè)

在現(xiàn)場(chǎng)將焊接工藝卡進(jìn)行張貼，并對(duì)焊工進(jìn)行交底，焊工須嚴(yán)格按照焊接工藝卡參數(shù)進(jìn)行焊接。圖2、圖3分別為表面成形和焊縫內(nèi)部TOFD探傷照片。經(jīng)檢查，焊縫成形良好且內(nèi)部無(wú)缺陷，圖譜清晰可見(jiàn)，焊縫熔合區(qū)位置平滑過(guò)渡且余高良好，均符合焊縫成形等相關(guān)規(guī)范要求。

5.2 力學(xué)性能檢測(cè)

在正式焊接前根據(jù)《水電水利工程壓力鋼管制作安裝及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50766-2012)要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，在相關(guān)實(shí)驗(yàn)室對(duì)焊接工藝評(píng)定試件進(jìn)行了檢測(cè)。試樣力學(xué)性能見(jiàn)表2。

表2 焊接工藝評(píng)定試樣力學(xué)性能

6 注意事項(xiàng)

6.1 焊件及焊絲角度對(duì)焊縫成形的影響

6.1.1 焊件角度對(duì)焊縫成形的影響

焊件角度問(wèn)題對(duì)焊縫成形有很大的影響，不管爬坡焊接或下坡焊接均對(duì)焊縫外觀成形影響很大。圖4分別展示了下坡圖(a)、上坡圖(b)的焊接在不同傾斜角度下熔深及焊縫成形情況，可以看出在0°時(shí)或者上坡焊4°時(shí)焊縫成形良好，但是只要角度逐漸變大，焊縫會(huì)出現(xiàn)駝峰形焊縫或者尖角形焊縫，焊縫成形不美觀，而且還存在質(zhì)量隱患。所以，焊接過(guò)程中需要采取措施保證焊件處于水平狀態(tài)，例如可用水平尺觀察。

圖4 焊件傾斜對(duì)焊縫形成的影響[1]

6.1.2 焊絲傾斜對(duì)焊縫成形的影響

圖5所展示的是焊絲前傾和后傾狀態(tài)下焊縫成形及熔深。在雙絲焊接過(guò)程中，主要是前絲，因?yàn)楹蠼z屬于填充，主要熔深還是看前絲，前絲角度直接影響焊接質(zhì)量。不管前傾還是后傾，如果融合不好將會(huì)造成焊縫內(nèi)部缺陷，造成麻煩。焊接前需要將焊機(jī)進(jìn)行檢查，特殊情況下可以設(shè)置成前絲后傾、后絲前傾，但在壓力鋼管制作中前絲必須垂直保證焊接質(zhì)量。

圖5 焊絲傾斜對(duì)焊縫形成的影響[1]

6.2 焊口的清理

焊接前，下料完成后安排相關(guān)人員對(duì)焊縫進(jìn)行打磨處理，待技術(shù)人員檢查合格后進(jìn)行拼裝，拼裝完成后焊接前還應(yīng)進(jìn)行打磨處理，保證坡口打磨光滑并且油污、鐵銹、水漬、結(jié)露結(jié)霜等雜物一律全部清除，堅(jiān)決不允許出現(xiàn)在焊縫坡口及其附近不小于25mm距離范圍內(nèi)。

6.3 焊絲伸出長(zhǎng)度影響

焊絲伸出長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)過(guò)短都有影響，伸出長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)影響焊縫成形、電阻熱增加且電弧不穩(wěn)定等一系列問(wèn)題，過(guò)短易損壞埋弧焊導(dǎo)電嘴。因此，查閱相關(guān)資料最終決定伸出長(zhǎng)度控制在10mm～35mm之間。

7 結(jié)語(yǔ)

焊評(píng)試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)結(jié)果均符合要求。在現(xiàn)場(chǎng)使用雙絲埋弧焊和單絲埋弧焊做對(duì)比，將同板厚、同材質(zhì)根據(jù)單條縫焊接完成時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)焊接層數(shù)明顯變化，雙絲焊接一條環(huán)縫需要7層，單絲焊接完成需要8層～12層，速度明顯提高，效率提高接近一倍，焊接質(zhì)量也有明顯提高，達(dá)到了預(yù)期效果。