水电站压力钢管现场焊接工艺及相关思考

水电站压力钢管现场焊接工艺及相关思考
摘要：压力钢管是水电站的主要组成部分，它连接着电站进水口和水轮机导水机构、蜗壳及主阀，起着将水由坝前进水口引向蜗壳，进而推动水轮机转动的作用。

现阶段，我国水电站压力钢管现场焊接工艺较以往有了很大提升，但与西方国家相比，仍存在较大的差距。

本文主要就水电站压力钢管现场焊接工艺和技术提出了几点思考，以期达到抛砖引玉之效。

关键词：水电站；压力钢管；焊接
压力钢管多用于大、中型水电站，需承受较大的内水压力，且在不稳定的水流条件下工作，一旦出现焊接质量事故会造成严重后果，故对钢管及其焊缝的强度和塑、韧性都有较高要求。

因此，压力钢管通常是根据其承受内水压的特点和所在地的气温条件，选用相应的优质钢板和焊接材料焊接而成。

水电站建设需要使用钢材可达数百吨乃至数千吨，大多时候都是根据实际情况分节到货，在施工现场完成纵、环缝焊接等工序。

水电站压力钢管现场焊接工程量非常大，为此，施工单位必须对压力钢管的安装及现场焊接工艺进行全过程优化与控制，才能解决质量、安全和工期的矛盾，保证建设工期目标的实现。

1压力钢管焊接的特点
在水利水电工程建设中，随着高参数、大容量机组的普遍使用，压力钢管的压力等级在升级，结构尺寸变得庞大，使用钢材可达数百吨乃至数千吨。

大型水利水电工程的压力钢管因为制造工程量非常巨大，因而工厂不可能制造成品，通常在工厂分节制造，然后再运输到施工现场，在施工现场完成吊装、纵、环缝焊接等各方面工序。

钢管纵、环缝焊接采用手工电弧焊或全自动气体保护焊完成，必要时也可设置专门的纵缝滚焊台车，在水平状态下完成纵缝焊接。

然后将做好的管节吊装到位，固定在基础支墩上，接着进行环缝焊接。

从这些复杂而又精细的工序中可以看出，水利水电工程压力钢管的焊接特点与制造厂内的焊接生产是有区别的。

此外，由于压力钢管是在现场焊接，所以焊接质量不可避免的就会受到施工环境差，焊接位置复杂多变，作业条件恶劣，对口质量参差等诸多因素的影响。

同时，焊接工作的另一困难就是现场劳动条件差、劳动强度高。

2国内外水利水电工程压力钢管焊接工艺现状
2.1目前国内水利水电工程压力钢管焊接技术现状
手工焊基本在焊接工程中占主导地位，这也是造成作业条件差、焊接生产率低、生产成本高、劳动强度大的主要因素；手工电弧焊和埋弧焊技术是钢管纵缝焊接大多采用的焊接技术，然而，埋弧焊技术的应用受现场环境条件的限制，进行环缝焊接时，几乎全部采用手工电弧焊完成。

只有少数水利水电工程采用国外先进的半自动焊接工艺技术，但仍然存在一些问题。

2.2国外水利水电工程压力钢管的焊接工艺状况
为了缩短工期，降低成本，国外压力钢管焊接基本上采用高效率焊接方法。

埋弧焊技术是被广泛采用的，也经常使用半自动或自动立焊技术以及药芯焊丝电弧焊的方法。

在环缝焊接中，手工电弧焊仍然是主导，然而对环缝焊接的自动化焊接技术的开发研究从未间断过。

比如日本在很多水利水电工程中使用过熔化极氢弧焊全位置自动焊接技术，但此技术也只适合于直径比较小的钢管，大直径钢管的焊接技术仍处于研究状态。

这样，大直径厚管壁压力钢管因其开发应用难度较大，而尚未采用自动化的全位置焊接技术。

3压力钢管自动焊技术
水利水电建设在高速发展，其机组参数也在不断增大，为了适应施工生产的
需要，焊接大直径厚管壁压力钢管必须采用比较先进的全位置自动化焊接技术。

但全位置自动化焊接技术在大直径厚管壁压力钢管焊接施工中应用还有一定困难，通过分析，吸取国内外同类工程焊接的成功经验，全位置自动焊机焊接技术的推
广值得我们期待。

该焊机具有焊矩摆幅自适应坡口宽度和自动跟踪功能，焊机稳
定可靠，整体设计合理，结构紧凑轻便，在我国一些水利水电工程压力钢管焊接
施工中已经成功应用。

该焊机不仅能实现焊接小车沿焊缝自动行走，焊丝自动输送、调整、摆动及对中等机电控制，还能解决焊丝的熔滴过渡形式，从而让全位
置焊接的焊缝成型质量得到保证，还可以对各种位置的焊接施工自动调整。

但是
受到现场拼装的条件差、施工环境恶劣等因素的影响，自动化焊接技术还较难实现。

4焊接检验及缺陷处理
（1）所有焊缝焊接完成后，按DL5017-2007《压力钢管制造安装及验收规范》的相关规定进行焊缝外观检查，合格后方可转入无损探伤工序。

（2）按照设计技术要求及建设单位精细化标准要求，所有压力钢管安装环缝100%超声波探伤，探伤应包含全部T形焊缝及每个焊工所焊焊缝的一部分。

凑合
节一类焊缝100%超声波探伤后进行10%射线探伤复检。

（3）施工单位内部探伤合格后，由建设单位委托电力检测公司进行50%抽检。

（4）焊缝内部或表面发现有裂纹等危险性缺陷时，应进行分析，找出原因，
制定措施后，方可补焊。

（5）焊缝内部缺陷应用碳弧气刨或砂轮将缺陷清除干净并修磨成便于焊接的
凹槽，焊补前应检查清根是否彻底。

如缺陷为裂纹，则应采用表面探伤检查，确
认裂纹己经消除后方可补焊。

（6）返工后的焊缝，应用射线或超声波探伤复查，同一部位的返工次数不能
大于两次。

否则，应制定可靠的措施，并经专门研究后使用技能熟练度较高的焊
工补焊处理。

5我国一些水电站压力钢管的焊接工艺
5.1广州市西江引水工程中的压力钢管焊接
广州市西江引水工程属特大型引水工程，在我国已建的引水工程中仅次于南
水北调工程和上海青草沙水源地工程，名列第三。

压力钢管制作工程总量为143831.40t，总长度为75736.48m。

工程量巨大，且钢材规格组合多变、压力钢
管直径规格品种多，壁厚变化大、钢岔管焊接工艺复杂，制作难度大。

在焊接工
艺上，焊接双面非对称坡口时，先焊深坡口侧部分、后焊浅坡口侧、最后焊深坡
口侧剩余的焊缝；确定好节点形式、焊缝布置、焊接顺序后，优先采用一些能量
密度相对较高的焊接方法，如熔化极气体保护焊或药芯焊丝保护焊等，同时还采
用较小的热输入；在焊接大型、厚板构件时，采取分部组装焊接、分别矫正变形
后再进行总装焊接的施工方法；采用先焊纵缝，后焊环缝的焊接顺序；同时为了
减小焊缝应力，还采用了锤击焊缝消应力的方法。

5.2仁宗海水库电站压力钢管焊接工艺
仁宗海水库电站为引水式电站，位于四川省甘孜州康定县和雅安市石棉县交
界处。

电站压力钢管道共长955m，主管直径3.6m，压力钢管制作安装工程量为3428t.工程采用的是低焊接裂纹敏感性高强度钢板，从而在焊接技术上采用有针
对性的焊接工艺方法。

在钢管施焊时，直管纵缝及对接环缝、弯管纵缝采用埋弧
白动焊，弯管环缝采用手工电弧焊，定位焊采用二氧化碳气体保护焊，加劲环、
止水环等附件的焊接选用手工电弧焊。

5.3龙开口水电站压力钢管焊接工艺
龙开口水电站压力钢管共5条，内径10m，每条钢管56节，5条钢管共制作280节，安装280节，钢管壁材质为高强钢。

高强度钢管制造纵缝、环缝、加强
环角焊缝焊接均采用手工电弧焊。

本工程中，纵缝受力是环缝的2倍，因此，要
尽可能让每条焊缝都自由收缩，从而尽量降低焊接残余应力。

在压力钢管焊接时，无论是大节的制造安装，还是瓦片的安装，都必须按照先纵缝、后环缝的顺序。

同时在安装过程中，沿安装方向逐条进行环缝焊接，严禁跳焊。

除凑合节最后一
条合拢环缝和预留环缝，其余焊缝都能自由收缩。

通过本文分析，旨在探讨水利水电工程建设压力钢管焊接施工中先进焊接技
术的研究方向及新技术的推广应用，以期推动水电建设压力钢管安装焊接技术再
上新台阶。

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