方昱
山东电力建设第三工程有限公司 山东省青岛市266000
摘要：众所周知，由于高寒条件下气温低、低温期长、昼夜温差大、空气中氧含量低,使焊接过程变得复杂、焊接质量难以得到保证,因而,这种环境下的焊接工艺成为新的研究课题。
关键词：压力钢管；4000米海拔；温差大；焊接质量
引言
高压管道的焊接技术被广泛地应用于电站建设之中,对其材料高低匹配、接头强度、韧性、疲劳、冷裂及预热制度很多国家进行了广泛深入的研究并取得相当的成果,是一项较为成熟的应用技术.但是,如何在高海拔(4000m以上),高缺氧(47%以上)、低气压(0.58~0.78个大气压)等极端恶劣的条件下进行高水头(I000m以上)高压钢管的现场焊接工作,目前世界上实例不多.而我国高原地区水利资源极为丰富,大量高原地区高水头的水电项目将相继投入勘测、设计、施工.因此,进行高海拔地区高压管道现场焊接的研究工作,既有其现实意义也有其长远意义。
1高寒条件下电站引水压力钢管的焊接特征
(1)某水电站位于西藏昌都境内,澜沧江上游右岸一级支流金河吉塘段。该区为高原温带半干旱季风型气候:①海拔自澜沧江江面高程3103m至年拉山脊3594m,空气氧含量约为内地的7成。②气温低,积温少,尤其冬季干冷漫长,较同纬度东部平原低20℃,1月平均气温-1℃,最低-20℃,最大冻土深81cm。③昼夜温差大,10月实测昼夜最大温差25℃。④多大风,风期长,最大风速18ms。⑤多冰雹、夜雨。⑥降雪多,冰雪融水占降水总量的33%。⑦年均相对湿度51%。
(2)某水电站引水压力钢管为16MnR低合金容器用钢,其制作和安装焊缝均在现场完成。由于工期紧,冬季必须正常施工,压力钢管的焊接遇到高寒地区特有的困难:①大气缺氧,电弧燃烧不充分,降低了电弧稳定性和线能量值;②低温态焊接施工,必须采取可靠的热措施;③昼夜温差增加了冷裂倾向和变形控制难度;④可靠的防风避雨措施是正常焊接施工的保证。
2水利枢纽工程焊接工艺
2.1焊接工艺评定
压力钢管制作之前，首先要进行焊接工艺的评定，根据实验结果指导焊接。西藏旁多水利枢纽工程引水管道钢管材质为Q345C，板厚规格从δ14mm～24mm不等。由于Q345C材质的焊接运用非常的成熟，在很多电站都有过类似的评定检测报告，在征得监理部同意情况下，用Q345C-δ24钢板做焊评，从而覆盖所有的不同板厚规格的压力钢管，经监理批准实施。同时为了体现高海拔寒冷地区，影响最大参数之一“昼夜温差”的不利影响，所有焊接评定“焊接试板”全部在晚上20:00以后进行焊接。焊接工艺评定严格遵照《水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范DL／T5017-2007》要求予以实施，同时严格按照设计技术要求予以实施。
2.2压力钢管制作过程
制作工艺过程为:下料※坡口铣削※卷板※纵缝组对※纵缝外坡口焊条电弧焊※加劲环点固焊接※纵缝内坡口埋弧自动焊※环缝组对※环缝外坡口埋弧自动焊※环缝内坡口埋弧自动焊※焊后清理※质量检测(VT、UT、XT)※焊缝验收。
2.3环缝坡口设计与焊接
环缝完全由埋弧自动焊完成。环缝在拼装架上点固定位后(定位焊缝在内坡口内),将该单元管节转吊至滚焊台车,外环缝焊接时保持焊接机头不动,钢管在保持一定线速度的滚轮架金属滚轮的磨擦作用下匀速转动。焊接内坡口时,埋弧焊焊接机头置于管内,调节焊接小车速度,使之与滚轮线速度之比约为2∶1(忽略板厚影响),方向相反,焊缝红外导向灯和导电咀始终竖直指向内坡口中心。
坡口不留间隙以避免烧穿,同时便于组装对缝。钝边3～4mm可以满足双面自动焊根部焊透要求,钝边过小将限制焊接电流,钝边过大则不易焊透。由于钢管外周长是很关键的一项验收指标,钢管压头时有不可避免的直边问题,在坡口设计时以外坡口焊缝为主焊缝,并采取外坡口焊缝先焊的施工工艺。
2.4高寒条件下的焊接工艺
(1)焊接材料的贮藏间应保持恒温;焊接材料的领用分发应即领即用,及时回收不过夜;焊接材料的烘焙不宜选择寒夜,避免吸湿。
(2)焊前认真清理坡口内锈污水份,尤其是水、冰、霜要彻底清除。
(3)焊接过程应连续不间断,实践证明一条焊缝在当日一次焊完在高寒地区是必要的。焊接过程的连续可减少焊前清理工作,更重要的是可在保持工艺规范不变的情况下提高线能量值,在一定程度上克服高寒影响。
(4)焊接速度应适中。
(5)尽可能采取埋弧自动焊代替焊条电弧焊。
(6)焊接施工应有可靠的防风避雨措施。
(7)重视焊接变形监控。
(8)及时探伤,修复缺陷。
3高海拔地区焊接总体控制原则
3.1焊接变形控制
1）首先，焊工应提前进场，以适应高海拔寒冷气候，同时对焊工进行岗前培训，认真做好焊接技术交底工作。
2）弯管、锥管的下料由于是采用数控切割下料，在下料过程中，由于冷热交替变形会导致钢板位移，尺寸发生改变。为了有效控制钢板位移产生的尺寸偏差，在下料时，首先用卡具固定钢板防止钢板采用数控切割时位移。
3）高寒地区，温差大，焊接变形也大，需偶数个焊工同时对称实施焊接。为了有效控制纵缝处的“凹凸”问题，定位或者正式焊接前，先用1.5m的弧度板检测焊缝处的弧度，根据实际情况，决定是先焊接内侧还是外侧；
4）下料时，坡口采用“X性坡口”下料。
5）现场安装环缝采用手工焊焊接，同时上架4～6名偶数焊工同时施焊，焊接电流、电压及其焊接速度同表2.5-1保持基本一致，采用对称焊焊接，以减少内应力及其变形。
3.2焊接变形控制措施
(1)纵缝纵向收缩变形控制。在保证焊透的情况下适当减少焊接电流;调整工艺,尽可能减少焊缝层数,不使变形量增大。
(2)翘曲变形控制。钢管翘曲直接导致圆度误差,控制翘曲变形首先要合理设计坡口,保证坡口两侧变形量基本相等(先焊一侧略小于后焊一侧);在拼装台上焊接纵缝外坡口时,下管口用楔块楔紧,在上管口内直径方向设拉紧器,拉紧器的调节部分可用花篮螺丝制作而成。
(3)内凹与外凸变形控制。在钢板卷制过程中减少端头直边;除非特殊反变形需要,在瓦片对拼纵缝焊接前必须保证焊缝处的弧度要求;合理设计坡口型式;在发生变形后,应避免在焊缝处火焰校正。
(4)加劲环焊接角变形控制。加劲环焊接时应保持对称性。金河水电站压力钢管的加劲环焊接时钢管处于立位,焊接时先仰焊打底,在上侧角焊缝焊完后翻身盖面完成另一侧角焊缝。整个焊接过程中始终保持4人对称施焊。
结语
该文通过对高海拔自然条件恶劣地区压力钢管制造安装过程中，有关压力钢管焊缝焊接质量的要求：首先是焊工和焊材的严格选定，同时需规范化操作和施工，通过对坡口形式选定，焊接电流、电压、焊接速度等参数的控制，以及焊缝的对称施焊等工艺控制，从而保证压力钢管焊缝焊接的质量。
参考文献
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