陳正軍

1. 概述

魯?shù)掳退娬臼菣C(jī)電建設(shè)有限公司以EPC形式在伊朗承擔(dān)建設(shè)的第一個(gè)大型水電站。這個(gè)電站建設(shè)質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)我公司站穩(wěn)伊朗水電市場(chǎng)意義非凡。電站共安裝兩臺(tái)225MW立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)。電站設(shè)計(jì)水頭422.3m，額定水頭430.74m。壓力鋼管由引水隧洞鋼岔管對(duì)稱分岔引出兩條敷設(shè)在隧洞內(nèi)及山坡上壓力明鋼管。分南北兩線，進(jìn)口接岔管和蝶閥，出口接球閥和蝸殼。鋼管自上而下分為長(zhǎng)隧洞鋼管、明管段鋼管、短隧洞鋼管、陡坡段鋼管、廠房后邊坡鋼管和廠房埋管。壓力鋼管總長(zhǎng)4.6km，總質(zhì)量為15 576.652t，主焊縫總長(zhǎng)約189 083.123m（不包含加筋環(huán)和止推環(huán)焊縫）。壓力鋼管自上而下內(nèi)徑為4.4m、4.0m、3.8m、3.4m、2.9m、2.4m，壁厚為22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、32mm、34mm、38mm、44mm、48mm、52mm。材料為Q345R低合金容器鋼和AY610D高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼，最大工作壓力為4.5MPa。鋼管承受壓力高，施工環(huán)境復(fù)雜，焊縫數(shù)量多，焊縫質(zhì)量要求高，一類焊縫無損探傷UT100%，50%TOFD，二類焊縫無損探傷UT50%，TOFD20%。為保證這龐大的壓力鋼管焊縫焊接質(zhì)量，我們對(duì)焊接建立了以預(yù)防和無損探傷檢測(cè)相結(jié)合的質(zhì)量保證體系。

2. 施工前的準(zhǔn)備

（1）焊接工藝評(píng)定及編制 考慮壓力鋼管制作量大、板材厚、焊縫多等特點(diǎn)，壓力鋼管制作在車間采用流水線作業(yè)形式，環(huán)縫和縱縫焊接采用了效率高、成本低且環(huán)境污染少的埋弧焊接方式。壓力鋼管安裝焊接受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制，采用了技術(shù)成熟、靈活方便的焊條電弧焊。根據(jù)焊接母材和焊材并結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境做了相應(yīng)的焊接工藝評(píng)定。對(duì)焊接過程中可能產(chǎn)生氣孔、夾渣、未熔合及焊接裂紋等缺陷，對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼來說除了焊接裂紋以外的其他缺陷，是可以通過改進(jìn)操作方式而避免的，而焊接裂紋主要通過正確地選擇焊接材料和焊接工藝措施才能避免。根據(jù)多次焊接比較，最終高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼（AY610D）焊條電弧焊選用了CHE62CFLH焊條；埋弧焊選用了CHW—S7焊絲和CHF—113焊劑；Q345R低合金鋼焊條電弧焊選用焊條為CHE5015，埋弧焊焊絲為CHW—S3和焊劑為CHF—101。并分別編制了高強(qiáng)鋼、低合金鋼焊條電弧焊和埋弧焊焊接工藝作業(yè)指導(dǎo)書，焊接工藝卡（把焊接參數(shù)、工藝要求制作成小卡片發(fā)給焊工，以便隨時(shí)隨地查看）。

（2）制定焊接規(guī)章制度及各類原始記錄表格 為規(guī)范焊接工藝，減少焊接過程中習(xí)慣性違章，技術(shù)質(zhì)檢部制定了焊接規(guī)程和工藝質(zhì)量獎(jiǎng)懲條例，作為焊接過程中質(zhì)量管理獎(jiǎng)懲依據(jù)。制作焊接轉(zhuǎn)序QC檢查表，此表包括焊縫錯(cuò)邊、焊前預(yù)熱、焊后消氫、焊縫外觀驗(yàn)收、UT探傷驗(yàn)收等，由質(zhì)檢員和監(jiān)理簽字認(rèn)可的第一手資料；編制焊工位置記錄圖記錄，每一條焊縫什么時(shí)間開始焊接、焊接完成時(shí)間、各個(gè)焊位是哪個(gè)焊工焊接的、UT探傷哪個(gè)焊工有無返修原始記錄；編制了焊條烘烤記錄表、焊縫預(yù)熱及消氫記錄表、焊縫外觀驗(yàn)收資料表格和UT及TOFD資料表格。

（3）焊接人員資質(zhì)的認(rèn)證 第一，積極培養(yǎng)焊接人員的質(zhì)量意識(shí)和責(zé)任心。這里所說的焊接人員不光是焊工，還包括技術(shù)人員、生產(chǎn)調(diào)度、班長(zhǎng)和其他相關(guān)人員。因?yàn)橘|(zhì)量是靠所有人來重視的，光靠一個(gè)人的力量是很難做好的，只要有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題就有可能產(chǎn)生質(zhì)量事故。因此我們開展一系列有益活動(dòng)和采取一些有效措施加強(qiáng)長(zhǎng)期不懈的宣貫和教育，以不斷提高質(zhì)量意識(shí)和責(zé)任心。

第二，焊工資質(zhì)的認(rèn)證。根據(jù)電站有關(guān)合同文件的規(guī)定及SL—35考試規(guī)定，所有持國(guó)內(nèi)焊接等級(jí)證的焊工到現(xiàn)場(chǎng)后必須嚴(yán)格按照ASME標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理的監(jiān)考下重新進(jìn)行考試認(rèn)證?？荚嚪譃槔碚摵蛯?shí)際操作兩部分組成。焊接考試必須理論合格后方可參加實(shí)際操作考試。實(shí)際操作考試合格后發(fā)給相應(yīng)位置和材質(zhì)的資質(zhì)證書，如果焊工考試未通過的項(xiàng)目，則無資格在相應(yīng)材質(zhì)和位置施焊。焊接質(zhì)量檢測(cè)人員必須是取得水利部或者集團(tuán)公司焊接質(zhì)量檢測(cè)資質(zhì)的人員，焊接班長(zhǎng)必須由干過多座大型水電站具有豐富焊接經(jīng)驗(yàn)的焊工擔(dān)任。

（4）焊接設(shè)備及制作樣板的準(zhǔn)備 焊接設(shè)備的準(zhǔn)備：該水電站遠(yuǎn)在萬里之外工業(yè)不發(fā)達(dá)國(guó)家伊朗北部山區(qū)，綜合考慮各方面因素后決定在工地建設(shè)壓力鋼管制作廠。為高效優(yōu)質(zhì)完成近兩萬噸壓力鋼管制安，就要從國(guó)內(nèi)購(gòu)買各式焊接設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)。主要的設(shè)備有：4臺(tái)懸臂式埋弧焊機(jī)（焊機(jī)LINCOLN IDEALARC DC—1000A、操作機(jī)：CZ22—5X5）、六臺(tái)自調(diào)試滾輪架（ZT—40）、8臺(tái)100kg遠(yuǎn)紅外線焊條烘干箱、可控加熱溫控柜（180kA和480kA各4臺(tái)）10kW和5kW履帶式電加熱板各1 000塊、1臺(tái)數(shù)控切割、8臺(tái)半自動(dòng)切割機(jī)、2臺(tái)磁力半自動(dòng)切割機(jī)、40臺(tái)ZX7—400焊條電弧焊電焊機(jī)、6臺(tái)ZX7—630碳弧氣刨焊機(jī)、3m3空壓機(jī)6臺(tái)。這些設(shè)備在使用前都要進(jìn)行性能調(diào)試，有的如半自動(dòng)切割機(jī)，我們還根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)加以改進(jìn)，以在使用過程中更方便，以滿足生產(chǎn)需要。

制作各類樣板：制作了不同厚度鋼板的坡口角度檢查樣板和各類管徑弧度檢查樣板，以便在工作中隨時(shí)檢查和監(jiān)控用。因?yàn)槠驴诮嵌鹊暮细裰苯佑绊懙胶缚p的焊接質(zhì)量。由于制作縱縫焊接是埋弧焊，焊縫處于水平位置，肉眼不便于觀察焊接時(shí)的角變形，只有焊接到一定程度后用弧度樣板來檢查，以采取調(diào)節(jié)焊接正背縫順序的方式來控制焊接角變形，以減少焊后機(jī)械矯正給鋼管帶來質(zhì)量隱患。

3. 壓力鋼管的焊接

壓力鋼管焊接焊縫主要分為四種：一是制作縱縫焊接；二是制作摞節(jié)環(huán)縫焊接；三是壓力鋼管支撐環(huán)、加筋環(huán)和止推環(huán)焊接；四是現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)縫焊接。前兩種焊縫焊接是在制作廠里采用懸臂埋弧焊機(jī)與自調(diào)試滾輪架匹配使用埋弧焊焊接完成。后兩種采用焊條電弧焊完成（包括現(xiàn)場(chǎng)伸縮節(jié)處的湊合節(jié)縱、環(huán)縫、檢修進(jìn)人門的焊縫）。這些焊縫的焊接根據(jù)不同的材質(zhì)、不同的板厚、不同的焊接方法、不同的焊接位置都及時(shí)對(duì)焊工進(jìn)行交底和焊接技術(shù)指導(dǎo)。

（1）焊前準(zhǔn)備 主要是對(duì)二級(jí)庫(kù)的焊材、焊劑與當(dāng)天要施焊的鋼材匹配，并檢查是否按工藝要求對(duì)焊材、焊劑烘烤以及烘烤記錄的檢查。

焊前焊縫轉(zhuǎn)序驗(yàn)收，主要是由焊接質(zhì)檢員和監(jiān)理對(duì)鉚工拼裝好的焊縫進(jìn)行錯(cuò)邊、間隙檢查是否達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)要求，并要求焊接質(zhì)檢員和監(jiān)理雙方簽字確認(rèn)。

焊縫焊前處理，主要是清除焊縫坡口面及坡口兩側(cè)20mm的鐵銹、水分、油污等并打磨出金屬光澤。對(duì)于焊縫間隙＞5mm的要進(jìn)行堆焊處理，使焊縫間隙在3～4mm。堆焊時(shí)的焊接工藝與正式焊接一樣，需要預(yù)熱的必須預(yù)熱到工藝要求的溫度。堆焊完成后打磨做PT探傷，確定焊縫質(zhì)量。對(duì)于間隙＜2mm的焊縫和“T”字接頭處焊前要用碳弧氣刨清理，以保證焊接時(shí)焊透，減少背縫尤其是仰焊的焊接工作量，保證焊接質(zhì)量。采用埋弧焊焊接縱縫時(shí)，焊縫兩端必須加焊引弧板、引出板。

（2）正式焊接 埋弧焊：埋弧焊主要是焊接制作縱縫和為減少現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接工作量，在廠里將兩個(gè)單元管節(jié)摞在一起的摞節(jié)環(huán)縫。焊接材質(zhì)分為高強(qiáng)度鋼AY610D和低合金鋼Q345R兩種。對(duì)于高強(qiáng)鋼焊接嚴(yán)格預(yù)熱溫度120～150℃，保持層間溫度100～250℃?？刂坪附訜彷斎耄?0kJ/cm，焊接完成后立即進(jìn)行100～200℃保溫1h消氫處理。對(duì)于縱縫焊接要隨時(shí)用弧度樣板檢查焊接角變形，以及時(shí)背縫清根，調(diào)整正背縫焊接順序來控制焊接角變形。對(duì)于摞節(jié)環(huán)縫，焊接中在正縫焊接止坡口2/3后進(jìn)行背縫清根，直到背縫焊接完成再將縫焊接完成。焊接過程中要有專人對(duì)焊縫層間溫度每小時(shí)檢查一次，并做好預(yù)熱和層間溫度、消氫溫度記錄。埋弧焊焊接參數(shù)如表1、表2所示。

焊條電弧焊：焊條電弧焊主要是現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)縫焊接。焊接材質(zhì)也分為高強(qiáng)鋼AY610D和低合金鋼Q345R兩種。對(duì)于高強(qiáng)鋼焊接嚴(yán)格預(yù)熱溫度120～150℃，保持層間溫度100～250℃?？刂坪附訜彷斎耄?0kJ/cm，焊接完成后立即進(jìn)行150～200℃保溫1h消氫。焊接過程中要有專人對(duì)焊縫層間溫度每小時(shí)檢查一次，并做好預(yù)熱層間溫度、消氫溫度記錄。

每一條安裝環(huán)縫焊接的焊工由4或6名偶數(shù)焊工組成，分段退步對(duì)稱焊接（蓋面層不用分段焊接），焊接順序如圖1所示。

焊接過程中嚴(yán)格控制焊接熱輸入，多層多道焊接，每層接頭錯(cuò)開30mm，焊接時(shí)嚴(yán)格控制每層焊道的厚度和寬度，尤其是高強(qiáng)鋼焊接必須短弧窄焊道焊接。焊條電弧焊焊接參數(shù)如表3所示。

（3）焊后外觀檢查 每一條焊縫焊后焊工必須做到100%自檢，及時(shí)處理外觀缺陷，并由班長(zhǎng)或質(zhì)檢員認(rèn)可后方可下班。這是焊工責(zé)任心和質(zhì)量意識(shí)的體現(xiàn)，也是焊接外觀質(zhì)量得以保證的主觀因素。

4. 壓力鋼管伸縮節(jié)處湊合節(jié)的焊接

該電站壓力鋼管共計(jì)40個(gè)伸縮節(jié)，對(duì)應(yīng)40個(gè)湊合節(jié)，共80條縱縫和環(huán)縫焊接。焊接材質(zhì)分為高強(qiáng)度鋼AY610D以及低合金鋼Q345R。由于湊合節(jié)焊縫拼裝質(zhì)量相對(duì)較差，合攏焊縫焊接應(yīng)力大，焊接工藝不合理極易產(chǎn)生焊接裂紋，使伸縮節(jié)不能正常工作。因此針對(duì)湊合節(jié)焊接制定了工藝措施，并派專人現(xiàn)場(chǎng)做焊接技術(shù)指導(dǎo)和監(jiān)控。

湊合節(jié)下料采用磁力半自動(dòng)切割機(jī)，以保證焊縫切割質(zhì)量。拼裝好后將間隙小的一條焊縫作為合攏焊縫最后焊接，定位焊采用連接板交替雙面定位，另一邊電弧焊定位焊，一定要保證定位焊強(qiáng)度避免焊接過程中崩裂。

湊合節(jié)拼裝好后，先對(duì)稱焊接兩條縱縫，再焊接間隙較大的一條環(huán)縫，最后焊接合攏焊縫。在合攏焊縫上、下、左、右共分8等分做樣沖眼，用于焊接過程中用游標(biāo)卡尺測(cè)量焊接收縮量。注意合攏焊縫焊接除了嚴(yán)格按照普通安裝環(huán)縫焊接工藝以外，還要注意以下事項(xiàng)：焊接利用φ3.2mm焊條（焊接坡口一半深度后用φ4.0mm焊條）、小電流窄道、分段退步、焊條不橫向擺動(dòng)焊接，分段長(zhǎng)度每段≤500mm，焊縫除封底層和蓋面層外其余各層用電錘錘擊，錘擊到看不見焊縫紋路為好。消除一定的焊接應(yīng)力，把焊接收縮量控制在2mm內(nèi)，以確保伸縮節(jié)的正常工作。

表1 AY610D高強(qiáng)鋼埋弧焊焊接參數(shù)

表2 Q345R鋼埋弧焊焊接參數(shù)

5. 檢修門焊接

該電站共有14個(gè)進(jìn)人檢修門，材質(zhì)分為高強(qiáng)度鋼AY610D和低合金鋼Q345R兩種。由于進(jìn)人門的安裝配割無法使用切割機(jī)，只能用手工割槍切割，所以拼裝后的焊接坡口要用碳弧氣刨進(jìn)行清理?，F(xiàn)場(chǎng)安裝好后發(fā)現(xiàn)進(jìn)人門的頸口法蘭影響外壁焊縫的焊接，不能采用對(duì)稱開坡口焊接。采取將管內(nèi)坡口清透，形成單面坡口焊接，管壁外的背縫清根以后很薄的焊接一層即可。焊接時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫焊接工藝。由于是組合焊縫坡口和圓形封閉式焊縫，所以還要注意焊接過程防止未熔合和裂紋等焊接缺陷產(chǎn)生。除打底層和蓋面層焊縫外，其余各層用電錘錘擊，以消除焊接應(yīng)力。待進(jìn)人門與鋼管組合焊縫無損探傷UT合格后在安裝補(bǔ)強(qiáng)板，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)板焊接。補(bǔ)強(qiáng)板焊接時(shí)焊材選用低配，焊接工藝選用高工藝，而且一定要注意內(nèi)圈和外圈同時(shí)焊接，以防止焊接過程中因應(yīng)力大而產(chǎn)生崩裂現(xiàn)象。進(jìn)人檢修門焊接順序如圖2所示。

圖 1

圖 2

6. 焊后處理

焊接完成后嚴(yán)格按三檢制（班長(zhǎng)、焊接質(zhì)檢員、監(jiān)理）對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查驗(yàn)收，并及時(shí)讓監(jiān)理在外觀驗(yàn)收資料表上簽字。

對(duì)于外觀有缺陷的高強(qiáng)鋼補(bǔ)焊，要嚴(yán)格要求用火焰預(yù)熱后再進(jìn)行補(bǔ)焊，以防止產(chǎn)生焊接微裂紋。

焊縫外觀驗(yàn)收合格的焊縫，在焊接完成24h后進(jìn)行UT、TOFD無損探傷。

返修過程中要嚴(yán)格執(zhí)行返修工藝，并有專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)和工藝執(zhí)行監(jiān)督。焊縫內(nèi)部或表面如發(fā)現(xiàn)有裂紋時(shí)，應(yīng)及時(shí)告知焊接專業(yè)技術(shù)人員，待找出裂紋產(chǎn)生原因，并制訂處理措施后，方可進(jìn)行焊補(bǔ)。焊縫內(nèi)部缺陷應(yīng)用碳弧氣刨或砂輪將缺陷清除干凈，并用角磨機(jī)修磨成便于焊接的凹槽。如焊補(bǔ)的焊縫需要預(yù)熱、后熱，則焊接缺陷處理時(shí)也應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱、后熱，預(yù)熱、后熱溫度應(yīng)稍高于正式焊接的預(yù)熱、后熱溫度。焊接返修后，按前述無損探傷要求進(jìn)行探傷復(fù)查。同一部位的焊接缺陷返修次數(shù)不宜超過2次，如超過2次，應(yīng)制訂可靠的缺陷返修技術(shù)措施，并報(bào)監(jiān)理工程師認(rèn)可后，方可焊補(bǔ)，并做出記錄。鋼管母材上嚴(yán)禁有電弧擦傷，如有擦傷，應(yīng)用角磨機(jī)將擦傷處作打磨處理，必要時(shí)，對(duì)打磨處酌情進(jìn)行磁粉或滲透探傷檢查。

表3 焊條電弧焊接參數(shù)

7. 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過全體職工三年多時(shí)間的努力，魯?shù)掳退娬緣毫︿摴苋堪惭b焊接完成，UT無損探傷合格率99.8%，TOFD檢測(cè)合格率99.9%。在水壓試驗(yàn)過程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求只待運(yùn)行的實(shí)踐檢驗(yàn)。得到了業(yè)主、監(jiān)理的信任，與業(yè)主、監(jiān)理建立了和諧的合作關(guān)系。