硬梁包水电站蜗壳拼接与焊接质量控制

硬梁包水电站蜗壳拼接与焊接质量控制

李烁  邓博  丁果

四川华能泸定水电有限公司 四川 成都 610021

摘要：硬梁包主电站蜗壳为钢板焊接结构，采用610CF高强度钢板制作，由35节组成，其中32节由96块瓦片组成，每一节由板厚不同的3块瓦片组成，其中最大板厚52mm，最小板厚28mm，蜗壳进口直径7000mm，需现场进行拼焊。如何做好现场拼焊质量控制将成为蜗壳整体质量的根本保证。

关键词：蜗壳；安装；焊接；质量控制

1 引言

硬梁包水电站位于四川省泸定县境内的大渡河干流上，总装机容量111.6万kW，闸址处安装1台3.6万kW轴流转桨式水轮发电机组，通过2条长约12.4km引水隧洞在下游地下厂房安装4台27万kW混流式水轮发电机组。大电站蜗壳由35段节组成，进口段为2节整圆节，其余段均为C型节，共32段节由96块瓦片组成，单节壁厚不同的3种瓦片组成，需现场进行拼装焊接。为保证组拼质量，不占用机坑内关键工期，蜗壳在安装间完成瓦片组拼、焊接，因此一种高效率、高质量的拼装方法是目标实现的关键。

2 蜗壳瓦片组拼

1）蜗壳管节拼装

组拼在安装间平台上进行，平台要尽量平整，以保证蜗壳断面在同一平面上。加固方案要采取措施使拼装蜗壳不因起吊、搬运而变形，不影响挂装速度和安装质量。

图1 蜗壳挂装平台示意图

根据蜗壳最大的断面半径R来选定工字钢的长度。八条工字钢相互之间，以及平台与地面之间要加固牢靠，不使窜动。八条工字钢的上平面要在同一平面上。安装圆形断面蜗壳时，以О为圆心，以断面半径R为半径，分别在八条工字钢上画线,并在线上点焊档块，按设计要求对接瓦片，并点焊纵缝，每条纵缝点焊5处以上。安装椭圆形断面蜗壳时，分别以O1、O2为圆心，长半径r1和短半径r2为半径在工字钢上划线。待所有纵缝都符合要求后，将蜗壳内壁用撬棍或千斤顶靠紧挡块，然后调整并加固开口,按要求检查对角线，调整腰长符合设计要求，用不小于2米长的样板检查蜗壳圆度并加固内支撑。加固完毕后，在每条纵缝上焊二三道加强板，作出记录和有关标记，便可进行纵缝焊接。

根据上述工装的作用及原理，发明一种不同尺寸金属渐变蜗壳瓦片组拼及对接纵缝压缝装置。根据待拼装蜗壳尺寸，利用滚轮调整5个锁定装置位置，然后加压油缸夹紧工字钢，使得固定挡块外圆侧至中心基准位置距离为蜗壳瓦片内圆尺寸。拼装时将瓦片吊装就位至平台框架顶部挡块与螺母中间，然后利用拧紧螺杆使蜗壳瓦片内壁贴紧固定挡块，然后将压缝装置布置于纵缝位置，调节四个螺杆使得蜗壳瓦片受力，完成错牙的调整。

不同尺寸金属蜗壳瓦片组拼纵缝压缝装置通过效果验证，该装置能够有效控制不同尺寸蜗壳瓦片组拼的施工质量、进度，保障安全同时提高生产效率、降低人工成本。

图2  渐变金属蜗壳瓦片组拼纵缝压缝装置

3蜗壳挂装

（1）蜗壳安装顺序

1）对称平衡挂装，以利于座环的稳定及防止座环水平度超差；

2）先挂装定位节，并以定位节为基准，再依次挂装其余各节，最后配割凑合节以及安装加强板、导流板、进人孔和排水槽等；

3）为防止环缝焊接应力过大，各工作面安装环缝条数不超过正在焊接的环缝两条。

（2）定位节安装

蜗壳挂装先挂装定位节，其它管节挂装将对称进行，最后挂装凑合节。挂装顺序见图2蜗壳挂装顺序示意；单节蜗壳挂装示意见图3。

使用桥机进行蜗壳挂装，蜗壳定位节吊装到位后，用千斤顶、拉紧器来调整其位置，用水平仪、钢卷尺、线锤来检测管口的方位、最远点半径、垂直度、高程合格后，在定位节底部用千斤顶支承，并用拉紧器固定，在适当位置使用16#槽钢进行支撑，加强蜗壳、座环的稳固性，按工艺要求将其与过渡板点焊。

图3  蜗壳挂装顺序图                       图4  单节蜗壳挂装示意图

（3）其它管节的安装

同定位节安装方法相同，先焊接各管节搭接板，管节就位后，用拉紧器等调整焊缝的间隙2-4mm，防止间隙过大或过小造成压缝时拉不拢或顶不开现象。根据相邻管节的实际周长差，用压缝器调整错边使之均匀地分布在整条焊缝上，局部最大错边值不应大于板厚的10%。环缝对装应从上、下蝶形边开始，并逐渐向腰线压缝。调整管口高程和最远点半径等均符合要求后，进行定位焊，定位焊要在大坡口内。复测高程和最远点半径，并做好记录。

（4）凑合节的安装

1）凑合节的安装应在其它各管节环缝焊接结束后进行，其安装顺序：底部瓦片→中部瓦片→上部瓦片。

2）凑合节的配割方法

将瓦片覆盖在两侧管节上，用压缝器与相邻管节压紧，并沿管节两侧实际管口划出切割线，凑合板尽量向出口断面放置，以求环向长度较大；采用管道切割机由内向外切割，切割时，先割一边，压好缝后，再切割另一侧，从蝶形边向腰线方向切割压缝，切割一段即压一段，以防整体切割完后引起变形；瓦片配割好之后，纵缝先定位焊，后点焊环向焊缝。

4 蜗壳焊接

（1）蜗壳焊接顺序原则

①大舌板焊缝焊接→②非凑合节环向焊缝焊接→③凑合节纵向焊缝焊接→④凑合节一侧环向焊缝焊接→⑤凑合节封闭环向焊缝焊接→⑥上、下蝶形边焊缝焊接→⑦加强板、导流环进人孔和排水槽等焊接。

（2）蜗壳环向焊缝焊接

蜗壳环焊缝焊接与挂装顺序相同，自第一节定位节开始按顺时针方向进行，从尾部自导板开始则向逆时针方向逼近。除凑合节6条环缝外，其余各节环缝应随挂装逐节焊接。根据管节的大小，由2名或4名或6名焊工同时施焊，并采用多层多道、对称退步分段焊法。环缝坡口设置双y形不对称坡口，大坡口在上，先焊仰焊侧的焊缝，即位于座环水平线以上，从管内侧进行焊接；位于水平线以下的，则从管外侧进行焊接，然后从反面清根焊接。

（3）舌板焊接

舌板与固定导叶的连接焊缝拘束应力较大，由经验丰富的焊工施焊。从舌板的过流面开始焊接，焊接至焊缝1/2时进行清根，根部进行着色探伤，合格后焊接背面焊缝至2/3时，之后交替焊接余下的焊缝。焊接过程中除根部和盖面层外，其它用风铲逐层锤击消除应力。

（4）凑合节焊接

凑合节的纵缝与其它纵缝和环缝焊接要求相同。纵缝先焊大坡口，小坡口清根后再焊接。蜗壳凑合节先焊填充量（间隙大）的一道环缝，再焊另一条环缝。凑合节第二条环缝为封闭焊接，拘束应力较大，首层焊道采用叠焊方法，从第二层至盖面前一层止，应使用风铲锤击消除应力。凑合节第二条环缝由2-4名焊工同时施焊，采用“对称退步分段焊法”焊接方法。焊后进行后热消氢处理和缓冷。

（5）蝶形边焊接

蝶形边焊缝由8名焊工采用”对称退步分段焊法”焊法，焊接时，所有焊工同时施焊，采用的焊接参数要基本相同，焊接方位保持基本对称。先焊接下蝶形边，后焊上蝶形边，所有蝶形边均先焊外侧（即非过流面），然后在内侧（过流面）清根焊接。蝶形边焊缝为一类焊缝，焊接时要求连续施焊，焊后进行后热消氢处理和缓冷。蝶形边焊接过程中，加强对座环的水平度监视，根据座环变形情况适当调整焊接工艺。

1）焊接工艺：

焊条按要求进行烘烤，保温。坡口打磨干净，无油渍，污锈等；焊缝按要求预热，焊接采用多层多道分段退步焊，焊缝焊接时，先焊主缝（大坡口侧），主缝焊完70%后，背缝进行气刨清根、打磨，TOFD、PT检查合格之后，进行背缝焊接，背缝焊完70%，焊接主缝直至完成，最后焊接完成背缝。

2）焊缝加温：

焊前预热采用履带式加热片加温，用红外线测温仪测温，用温度控制柜调节温度。蜗壳在焊接完成后，后热温度和保温时间按照要求进行，再缓慢降温来进行消氢处理。

图5 蜗壳焊缝预热、层间保温及后热消氢处理示意图

结束语

良好的组拼、焊接工艺是质量保证的前提。电站机组蜗壳安装时可以事前组织参建各方对厂家所提出的组拼、焊接工艺进行详细讨论，集各方所长，形成切实可行的方案，在施工中严格执行。

参考文献：

[1] DL/T 5070-2012．水轮机金属蜗壳现场制造安装及焊接工艺导则[S]

[2]白绪长，张晨报，石门水电站蜗壳C型节现场焊接质量控制[J]，四川水利发电，第32卷第3期，2013.6