抽水蓄能电站座环焊接过程控制分析

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摘要：抽水蓄能电站的座环/蜗壳体积较大、重量重，为了方便运输，在工厂进行预装后，分瓣运输至工地现场，再进行组圆焊接，最后整体吊装到位。本文围绕仙居抽水蓄能电站1#机组座环对接焊缝在焊接过程中的变形控制情况，如何适当调整焊接顺序、改变焊接工艺等措施，使焊接过程变形量控制在设计、厂家及规范要求内。

关键词： 焊接过程；变形；控制

中图分类号：P755文献标识码： A

1、工程实例

仙居抽水蓄能电站位于浙江省仙居县湫水乡湖头村境内，电站为地下式厂房，设计安装4台375MW混流可逆式水轮发电机组，总装机容量为1500MW，其中单台机组容量375MW是目前我国制造和安装的最大的抽水蓄能机组。水泵水轮机及其附属设备由哈尔滨电机制造有限公司生产，安装由中国水利水电第五工程局有限公司机电制造安装分局负责安装。其中座环蜗壳分两瓣到货，在厂房安装间组对、焊接成一个整体。

2、座环焊接总体要求

焊接方法。手工电弧焊，在对称位置同时进行分段退步多层多道焊接。持有技术监督局颁发的焊工合格证或按相关标准考试合格者，方可进行试焊。环境温度不低于5℃，空气相对湿度不高于85%。焊接材料。座环环板、下围板、支撑环板焊接采用J507焊条，规格为Φ3.2、Φ4.0和Φ5.0；蜗壳过渡段焊接采用J607RH焊条，规格为Φ3.2、Φ4.0；座环与基础环组焊采用J507焊条，规格为Φ3.2和Φ4.0。

座环与蜗壳已在厂内组装焊接成两瓣，单瓣重约109t，由上下主环板、蝶形边、固定导叶、下围板，下法兰等组成。外形尺寸为10600mm×6680mm，座环两瓣连结主焊缝及两段凑合节在安装间组装成型、焊接完毕，再整体吊装就位。

座环焊接是水电站机组安装中的一个非常重要的工序，焊接完成后的质量好坏直接影响到整个机组安装过程中的安装质量和施工进度。因此各方人员都十分重视座环焊接的重要性和焊接完成后的质量要求。

座环焊接最关键需要控制变形变化的主要两个部位，一个是整体径向变化和上法兰面圆周方向水平变化。如果把这两个变形变化规律掌握控制住了，就基本能在焊接后满足设计要求，即使焊后变形需要处理，处理量也小得多，容易得多。

座环剖面示意图

2、座环焊接顺序示意图

2.1、焊接前准备

座环/蜗壳焊接根据外方督导要求必须由4名合格焊工对称焊接。焊接前在焊缝两侧80至100~位置，布置2X6条履带式加热带(对称布置在座环两条焊缝两侧)。温度控制仪自动恒温控制预热温度(温度仪温度可任意设定)。

座环温度以10℃/h的预热速度达到80℃后保温2h，焊接时一直保持此温度。加热前需记录座环圆度、水平、室温，加热保温2h点焊前检查热状态下的圆度、水平、温度，便于焊接时的变形控制分析。

2.2、座环焊接工艺

座环焊接断面是一个不对称结构件。1#机座环焊接时外方督导要求两条焊缝分别由2名焊工里外、上下完全对称焊接，点固焊完成后用千斤顶(100t)在合缝直径方向外顶1.5mm左右，实际上由于座环的弹性作用不能起到反变形的控制作用。因为是对称焊接，内侧焊接量小于外侧焊接，导致座环合缝处直径缩小，圆度差最终达4.5mm。后期圆度处理人工打磨时间达1个半月左右时间，因此1#件机焊接变形较大。

在此次座环焊接工作中，相关单位虽然提供了焊接工艺及焊接顺序，但为了更好地控制变形量的变化，我方认为还是有值得商榷的地方，但他们要求按规定顺序焊接。因此在开始固定焊时只有按他们提供的焊接顺序开始固定焊，先固定上环焊缝，后下环焊缝，再固定焊导叶，下围板等。结果当全部固定焊完后进行复测，焊缝位置上凸值偏大，是什么原因造成的呢，是因为先焊上、下环板固定焊焊缝收缩变形引起的。这时各有关方面人员怕再开始焊接会引起变形变化更大，就再一次召集大家一起共同探讨焊接方法，以保证顺利完成焊接任务，且又要保证焊接完成后的变形控制值达到设计要求。这时我们认为要对原来的一些焊接顺序进行一些必要的调整才行。因为上、下环板间距离太小，空间太狭窄，因在这个位置有两个M60mm螺栓固定块，根本无法正常焊接，坡口为双U型，不需要清根，但单边坡口深度达90mm，碟形边与下环板转角连结处竟深达175mm。整个1米多高的范围内为了组对竟上了6对固定连结块，焊接难度很大。为此我们先焊立焊位置，再焊上、下环板位置。总之以这个顺序一道道一层层依此顺序焊接，当能焊到的地方都焊到超过坡口二分之一以上厚度时，再依次除去固定块，不能一次去除，去除一块补焊一块固定快下未焊的位置，将所有固定块位置焊完后，使所有焊缝都焊到坡口深度一半以上，冷却复测，结果形势很好，这样在后续的焊接工作中，对我们保质保量完成座环焊接工作大家都有很好的信心和决心。

在后续的焊接工作中，要求在焊接时还是先焊立焊和仰焊，每天有意让仰焊多焊，但平焊在当天焊接中必须趁热多焊，必须在下班之前最后焊完当天的平焊位置工作量，这样有利于控制上拱变形，因为平焊冷却收缩是向下的，特别是最后几层焊接平焊位置更应适当留深一些，因为座环焊接上凸非常容易，下凹概率是很低的，因此采取这种办法基本上保证了上法兰面达到设计要求的目的。

当座环焊接完成后，经无损检测用超声波、磁粉检查均一次探伤合格，后经联合验收径向、圆周水平度变化都在规定值范围内，所以1#机组座环最终一次焊接成功。

最后我们认为象抽水蓄能机组座环这种焊接结构，不管是固定焊还是正式焊，还是应该先从立焊开始，因为在焊接立焊时，是两人一条缝，两人同时在相反同位置焊接，不会引起多大径向变化，相反使座环更容易形成一个刚体，再焊上、下环板仰焊，平焊就不会那么容易引起上凸下凹的现象发生，就更加容易使焊接工作顺利进行。

2.3、蜗壳补偿节(奏合节)的焊接

座环焊接打磨工作完成后，则可进行大、小补偿节的拼装。补偿节焊缝有4条环缝、4条纵缝(蝶形边)。焊缝长度大节9100mm，小节4060mm.4条蝶形边总长3300mm，焊缝母材厚度65mm(大)/65mm(小)，40mm/35mm，35mm/30mm。坡口型式为X坡口。蜗壳补偿节的焊接工艺要求基本与座环焊接相同，加温时先将加热带敷设在蜗壳外侧环缝上，加热温度和加热方法也同座环焊接。焊前将蜗壳补偿节大头分为7段，小头分为5段。

先焊内缝，后焊外缝。加劲板焊接时注意先焊一端，待完成I、Ⅱ环缝后，在座环蝶形边周向长度约500mm左右敷设加热带，以消除由于环缝1H，N的收缩而引起座环变形，集中在焊缝伸长区，预热到100℃左右，此时焊接另一端加劲板。

2.4、后热处理

焊缝焊后进行后热处理，温度250℃并持续2h，然后缓慢冷却至室温，从焊接开始到后热处理，温度应不低于预热温度。

3、焊缝质量

检测焊缝质量检测采用超声（UT）、MT或渗透（PT）和目视检测（VIS）3种方法。焊缝清根后，按要求做MT检测，每层焊缝在下一层焊前做目视检测，目视检测的主要项目有裂纹、表面夹渣、咬边、未焊满、表面气孔、焊缝余高、焊缝宽度、飞溅和焊瘤等。焊缝满焊后的超声波检测、MT检测或着色检测必须在焊缝冷到室温后至少24h后才能进行。焊接过程中加强焊接变形监测，并以此作为调整焊接顺序的依据。焊接前在分瓣面上、下环板点焊测量柱和打样冲眼，用游标卡尺测量并记录每组原始数据。冷态和预热后各测量记录1次。焊接过程中，当检测点每层焊接完成后收缩量不小于1mm时，进行合理的顺序调整。为防止焊接过程中电弧擦伤和飞溅清理时损伤样冲眼，样冲眼应距离焊缝边缘200mm，以便监测合缝面焊接过程中收缩变形情况。

4、结语

在仙居抽水蓄能站机组座环焊接过程中，施工单位严格按制造厂家的工艺和焊接规程进行焊接，监理工程师严格过程控制和旁站监理，保证了座环的焊接质量，取得了良好的效果。焊接收缩变形等指标符合国家规范以及制造厂家的技术要求。该工程焊接工艺合理可行，值得借鉴和推广。

参考文献

[1]吴广秀.蒲石河电站首台国产化抽水蓄能机组安装[J].工程建设与设计,2013,S1:1-7.

[2]何永泉.抽水蓄能电站机电设备的国产化之路[A]..抽水蓄能电站工程建设文集2013[C].:,2013:9.

[3]何铮,赵志文.仙居抽水蓄能电站主机设备的招标和设计介绍[A]..抽水蓄能电站工程建设文集2013[C].:,2013:4.

[4]王长富.抽水蓄能机组座环/蜗壳组装焊接[J].云南水力发电,2007,02:87-91.

[5]哈电厂家资料，仙居座环、蜗壳工地焊接工艺守则。