蔣伯林

(中國(guó)水利水電夾江水工機(jī)械有限公司，四川夾江，614100)

1 工程概況

向家壩水電站壩后電站共設(shè)置3臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組均由34節(jié)蝸殼組成，包括直管節(jié)、C型節(jié)和湊合節(jié)(4節(jié))，其進(jìn)水口端的半徑為4600mm，最小端半徑為1452.5mm，管體鋼板厚度為21mm～62mm，材料為B610CF。附件主要包括：進(jìn)人門(mén)、排水閥、測(cè)壓頭、支架(制作時(shí)配切裝配)等。蝸殼單臺(tái)機(jī)組重量約為504.65t(含內(nèi)支撐)，3臺(tái)機(jī)總重1513.95t。單節(jié)最大外形尺寸φ9200mm×3850mm，重量約為42t(含內(nèi)支撐)，其中A01節(jié)、4節(jié)、13節(jié)、22節(jié)為湊合節(jié)，進(jìn)口端也加配割量150mm[1]。蝸殼管節(jié)布置見(jiàn)圖1。

圖1 蝸殼管節(jié)布置示意

2 質(zhì)量控制重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

(1)蝸殼管體材料(高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板材料嚴(yán)禁火焰矯正)和業(yè)主要求以精品工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，對(duì)卷板質(zhì)量有了更高的要求：

①瓦片的圓度規(guī)范要求是±0.002Dmm，而監(jiān)理要求實(shí)際圓度±0.002Dmm，且≤5mm；②單節(jié)瓦片規(guī)范要求平面度≤3mm，而監(jiān)理要求實(shí)際制作平面度≤2mm。

(2)蝸殼管體材料為B610CF，高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板材料嚴(yán)禁火焰矯正及在蝸殼工件上進(jìn)行附加的電焊施工作業(yè)，不得在工件上焊接拉板、拉緊器等。蝸殼所有焊縫按ASME標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%UT+100%MT或PT檢查，所有縱縫、T型焊縫、蝸殼與鋼管連接焊縫等進(jìn)行100%TOFD檢查。而蝸殼縱縫是焊接變形控制的重點(diǎn)部位，縱縫焊接變形直接決定了幾何尺寸的偏差和環(huán)縫的錯(cuò)牙。

(3)支架要求在制作時(shí)配割并裝配焊接。常規(guī)蝸殼支架一般設(shè)計(jì)要求是在蝸殼現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)配割裝配焊接。由于支架筋板與蝸殼管體配割面是不規(guī)則曲線，難以進(jìn)行計(jì)算定位支架位置，無(wú)法進(jìn)行配割裝配，增加了施工難度。

(4)結(jié)合蝸殼制作特點(diǎn)及以往的工作經(jīng)驗(yàn)，提出以下建議：

①鋪設(shè)一個(gè)瓦片驗(yàn)收平臺(tái)，平臺(tái)平面度控制在2mm以?xún)?nèi)，26～29節(jié)進(jìn)水口與出水口半徑相差大，板材薄等原因，瓦片卷制后端頭縱縫位置直線度有彎曲，應(yīng)進(jìn)行機(jī)械冷矯正(詳見(jiàn)圖2)。

圖2 液壓千斤頂冷矯正示意

②支架與蝸殼瓦片定位、配割難度大，采用Rhinoceros(犀牛)軟件將蝸殼管節(jié)與支架裝配的二維設(shè)計(jì)圖導(dǎo)入后建立三維模型，依據(jù)三維展開(kāi)后再進(jìn)行支架支承板的放樣并將放樣圖導(dǎo)出至CAD軟件中，通過(guò)數(shù)控軟件下料排料后進(jìn)行裝配。這樣就能解決支架與蝸殼管節(jié)的裝配問(wèn)題[2]。

③加強(qiáng)對(duì)瓦片卷板、管節(jié)對(duì)裝質(zhì)量的控制，控制好管節(jié)內(nèi)支撐的焊接順序。

3 瓦片卷制技術(shù)質(zhì)量控制

瓦片卷制質(zhì)量的好壞直接影響對(duì)裝效率以及最終產(chǎn)品質(zhì)量。蝸殼管體材料為B610CF，高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板材料嚴(yán)禁火焰矯正，對(duì)卷板質(zhì)量有了更高要求，因此，在施工時(shí)做以下措施來(lái)提高卷板質(zhì)量：

(1)卷制前，應(yīng)注意確認(rèn)板料的內(nèi)弧面與外弧面，以及工序流程卡中質(zhì)檢員簽字是否完整，防止卷錯(cuò)。由于蝸殼進(jìn)出水口面曲率半徑均不相同，則卷制前按照工藝圖紙要求，劃制滾壓素線。

(2)根據(jù)蝸殼展開(kāi)后瓦片特點(diǎn)，其上下管口弧度和半徑(或外形尺寸)均不相同，其展開(kāi)平面的素線是互不平行的直線，且素線上各點(diǎn)的曲率均不相同。卷曲時(shí)要嚴(yán)格按照其表面素線(滾壓線)進(jìn)行。

(3)卷制采用“分區(qū)卷制”法，根據(jù)瓦片展開(kāi)長(zhǎng)度，在壓延方向?qū)⑼咂凑諠L壓線分成段長(zhǎng)0.8m～1m的小區(qū)，依照滾壓線分區(qū)反復(fù)卷制，卷制順序是先卷板端部、后卷中部，卷弧中嚴(yán)格按照滾壓線控制調(diào)整[1]。

(4)卷制完成后，將瓦片以自由狀態(tài)立于平臺(tái)上，根據(jù)曲率半徑，選用相應(yīng)的弧形樣板(不小于1.5m弦長(zhǎng)的樣板)在指定的位置檢查瓦片弧度，樣板與瓦片的間隙應(yīng)不超過(guò)2mm，每張瓦片檢查進(jìn)水口和出水口兩截面。檢查每節(jié)瓦片的弧長(zhǎng)、對(duì)角線是否有扭曲情況。

(5)蝸殼27～29節(jié)上下瓦片長(zhǎng)度距離短，無(wú)法單張瓦片進(jìn)行卷制。常規(guī)做法是采取預(yù)留二次修切量及臨時(shí)焊接邊角余料，待卷板合格后再進(jìn)行多余量修切。這樣就增加了材料的損耗及制作時(shí)間，為了保證瓦片的卷制質(zhì)量和縮短制作工期，采用上下瓦片對(duì)接縱縫位置相連(增加6mm二次修切量)，以一張瓦片進(jìn)行卷制，待卷制完成后再進(jìn)行分割修切對(duì)接坡口。

4 對(duì)裝、焊接變形的控制

對(duì)裝質(zhì)量是控制焊接變形和幾何尺寸的前提，焊接變形直接影響產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度和最終產(chǎn)品質(zhì)量，因此，在施工中做以下措施提高對(duì)裝質(zhì)量和焊接變形的控制。

4.1 對(duì)裝前準(zhǔn)備

(1)認(rèn)真熟悉和校核圖紙并了解對(duì)裝管節(jié)的編號(hào)、規(guī)格、水流方向和內(nèi)徑。蝸殼管體材料為B610CF，高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板材料嚴(yán)禁在蝸殼工件上進(jìn)行附加的電焊施工作業(yè)，不得在工件上焊接拉板、拉緊器等，蝸殼鋼板厚度從21mm～62mm，依據(jù)這些施工情況，自制壓縫器裝置，以蝸殼厚度通過(guò)壓縫器調(diào)節(jié)板來(lái)控制壓縫器壓板緊貼蝸殼管體，便于壓縫作業(yè)(詳見(jiàn)圖3)。

圖3 壓縫器示意

(2)組裝平臺(tái)準(zhǔn)備，用于蝸殼管節(jié)拼裝的平臺(tái)平面度控制在2mm以?xún)?nèi)，在組裝平臺(tái)上按1∶1畫(huà)出組裝部件的輪廓線，并在圈內(nèi)、外側(cè)點(diǎn)焊擋塊、壓縫器的制作。

(3)將需要組裝的瓦片按編號(hào)及水流方向吊至組裝平臺(tái)，用手動(dòng)葫蘆、壓縫器、離縱縫位置150mm～300mm電焊擋塊等工具進(jìn)行定位。

4.2 對(duì)裝控制

(1)蝸殼在裝焊平臺(tái)上采用立式組裝，將進(jìn)水截面放置在組裝平臺(tái)上，檢查縱縫相鄰長(zhǎng)度相差數(shù)值，調(diào)整相鄰縱縫上下位置，減少上下錯(cuò)牙，提高截面水平度。

(2)依據(jù)下料檢查表配合蝸殼檢查數(shù)據(jù)表，合理調(diào)節(jié)縱縫間隙，以達(dá)到相鄰管節(jié)周長(zhǎng)相差最小值(周長(zhǎng)數(shù)值要考慮坡口、擋板影響因素，以距離截面100mm為宜)。盤(pán)尺刻度位置放置在截面方向，減少相鄰管節(jié)數(shù)值的誤差。

(3)調(diào)整縱縫時(shí)，依據(jù)擋板、自制壓縫器、葫蘆、千斤頂?shù)裙ぞ哌M(jìn)行操作，不得在瓦片管體上進(jìn)行電焊壓模等工作。管節(jié)縱縫定位焊按正式焊接工藝執(zhí)行，焊接長(zhǎng)度一般為40mm～80mm，焊縫厚度為6mm～8mm，間距一般不大于400mm，定位焊前需要對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)熱，且兩端點(diǎn)焊長(zhǎng)度為100mm。

(4)縱縫處使用弦長(zhǎng)為1.5m弧形樣板檢查，其間隙不應(yīng)大于2mm。按制作記錄驗(yàn)收表數(shù)據(jù)調(diào)整進(jìn)水口截面、開(kāi)口等所有數(shù)據(jù)，滿足設(shè)計(jì)驗(yàn)收要求。

(5)支架用卷尺畫(huà)支架到截面距離和到水平中心弧長(zhǎng)距離(依據(jù)支架到水平中心高程距離和進(jìn)出水口兩端半徑，算出弧長(zhǎng)距離，以進(jìn)出水口兩點(diǎn)用粉線包連接一條直線)，就可以快速定位了。數(shù)控下料后按編號(hào)直接對(duì)裝點(diǎn)焊，對(duì)裝間隙小(間隙≤2mm)，一節(jié)蝸殼支架在10min內(nèi)就完成了對(duì)裝(通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)蝸殼安裝后，支架定位準(zhǔn)確質(zhì)量?jī)?yōu))。

4.3 焊接變形控制

蝸殼縱縫的坡口設(shè)計(jì)為對(duì)稱(chēng)坡口，在前期制作肘管和錐管過(guò)程中，作為項(xiàng)目部的技術(shù)和質(zhì)量驗(yàn)收人員，通過(guò)對(duì)縱縫坡口形式修改，很好地解決了縱縫的焊接變形。而且蝸殼因?yàn)椴馁|(zhì)原因嚴(yán)禁火焰矯正，依據(jù)上述原因，通過(guò)設(shè)計(jì)單位同意，制作焊接縱縫坡口修改為外弧為2/3大坡口，內(nèi)弧為1/3小坡口，湊合節(jié)坡口形式不變。具體的施工措施為：施焊過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行分段、多層、多道的焊接工藝。焊縫為不對(duì)稱(chēng)“X”型(1/3，2/3)坡口，首先焊接2/3側(cè)大坡口的60%，然后背面用碳弧氣刨清根，焊接背縫85%(僅剩余蓋面焊道)，接著再轉(zhuǎn)向正縫焊接完成余下的40%焊縫，再轉(zhuǎn)向背縫焊接蓋面焊道[3]。實(shí)際焊接時(shí)由施工人員根據(jù)鋼板變形情況合理調(diào)整焊接順序，焊接完成，后達(dá)到縱縫處沒(méi)有外力情況下，使用弦長(zhǎng)為1.5m弧形樣板檢查，其間隙不應(yīng)大于2mm(變形較大時(shí)，使用外力焊接，焊接過(guò)程中多用弧度樣板檢查)。

5 焊后的調(diào)整

(1)焊接后通過(guò)探傷檢查合格，進(jìn)行管節(jié)調(diào)整和對(duì)裝內(nèi)支撐。以水平中心線為基準(zhǔn)校核上下中心線(圓心到水平中心與上下中心半徑誤差≤2)，中心修改后用樣沖做好標(biāo)識(shí)，打磨掉原樣沖點(diǎn)。

(2)管節(jié)焊后各項(xiàng)控制指標(biāo)極限偏差和檢測(cè)方法，控制在表1的規(guī)定范圍[4]。

表1 管節(jié)組圓質(zhì)量指標(biāo)的極限偏差

(3)對(duì)裝內(nèi)支撐點(diǎn)焊加固-自檢-焊接內(nèi)支撐-通知質(zhì)檢驗(yàn)收

①蝸殼內(nèi)支撐焊接順序直接影響蝸殼外形尺寸。特別是開(kāi)口尺寸規(guī)范要求值為+2mm～+6mm，在施工中通常把開(kāi)口值調(diào)整為+3mm～+5mm，這樣對(duì)焊接內(nèi)支撐焊接變形就有了更高的要求。通過(guò)在龍灘蝸殼制作以及對(duì)內(nèi)支撐的焊接變形控制方法，在前兩節(jié)實(shí)踐過(guò)程中加以改進(jìn)，焊接變形得到了很好的提高，基本保證焊接內(nèi)支撐對(duì)蝸殼外形尺寸影響數(shù)值在±1mm。具體的焊接順序?yàn)椋合群附觾?nèi)支撐中心位置焊縫(焊接順序1)→焊接內(nèi)支撐與蝸殼連接板，先焊接相接與蝸殼管體端位置(焊接順序2-1)→焊接連接板與內(nèi)支撐焊縫(焊接順序2-2)→開(kāi)口位置連接板位置不焊接，待焊接完內(nèi)支撐后，在檢查開(kāi)口尺寸合格后焊接(焊接順序3)[5]，詳見(jiàn)圖4。

圖4 蝸殼串組示意

②去除擋板、千斤頂、葫蘆等蝸殼外力器具，蝸殼在自由狀態(tài)下進(jìn)行一次表1管節(jié)組圓質(zhì)量指標(biāo)檢查，按工藝圖在蝸殼上做好管節(jié)號(hào)、截面號(hào)、中心線、彈性層邊線等標(biāo)識(shí)并用樣沖(不得超過(guò)0.5mm深)和油漆標(biāo)記，填寫(xiě)好驗(yàn)收記錄表待質(zhì)檢、監(jiān)理驗(yàn)收。

③第一套蝸殼相鄰管節(jié)串組，通過(guò)單節(jié)嚴(yán)格的質(zhì)量過(guò)程控制，相鄰管節(jié)串組很快地完成，耗時(shí)時(shí)間短，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良。a、環(huán)縫對(duì)縫間隙規(guī)范數(shù)值為≤4mm，實(shí)際環(huán)縫對(duì)縫間隙一到兩處局部位置間隙值為2mm～3mm且長(zhǎng)度<800mm，其余間隙都為0～1mm；b、環(huán)縫對(duì)口錯(cuò)牙規(guī)范數(shù)值為≤3mm，實(shí)際檢測(cè)數(shù)值為0～1mm，局部地方數(shù)值為2mm，特別是有縱縫位置的錯(cuò)牙數(shù)值都<1mm。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上辦法控制，向家壩右岸壩后電站機(jī)組埋件蝸殼制作過(guò)程中，很好地控制了支架裝配幾何尺寸、蝸殼焊接變形。經(jīng)東方電機(jī)有限公司駐場(chǎng)監(jiān)造、三峽發(fā)展監(jiān)理聯(lián)合驗(yàn)收，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，一次合格率100%，優(yōu)良率100%。充分說(shuō)明了蝸殼上述方法制造技術(shù)具有非常強(qiáng)的可操作性，是成熟的施工工藝，為此類(lèi)蝸殼制作工藝提供了經(jīng)驗(yàn)。