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