王亚杰

摘 要：大、中型水电站焊接钢结构主要有压力钢管（包括蜗壳）、钢闸门、启闭机结构件、水轮机焊接座环、发电机圆盘转子支架以及其他大型钢结构件。这些水工钢结构大多是设计水头高、容量大、构件庞大、结构受力复杂、焊接质量要求高的焊接结构，除了上述主要特点外，现场焊接环境条件比较差也是水工钢结构焊接的主要特点。

关键词：压力钢管；现场安装；焊接变形

1 引言

系统概括了压力钢管焊接变形的影响因素及控制对策，结合实例阐述了有效控制压力钢管现场安装时焊接变形的关键在于控制线能量，采用合适的施工工艺。压力钢管是水电站重要的组成部分，有坝内埋管、地下埋管、明管三种布置形式，压力钢管的主要结构通常有主管、弯管、分岔管、锥管。由于压力钢管庞大，一般都是在水电站工地上进行焊接（制作、安装）。随着水利水电工程渐趋大型化，压力钢管的P·D（水头×管径）值越来越大。如果采用普通钢材制作钢管，必须增加钢管壁厚，对其制作、运输和安装带来极大困难。因此，钢管制作使用的材料强度等级也越来越高。

2 钢管现场安装焊接的管理

水利水电焊接施工与其它行业的焊接施工相比有它的特殊性，涉及的材料种类较多，手工焊接占的比例较高，焊接位置变化多样，野外作业较多，特别是安装过程，受施工环境的影响较大，点多面广，不容易实现规范化管理。水利水电焊接施工尤其是水工金属结构安装焊接施工管理难度十分大。在开展现场安装焊接工作前要充分了解设计及质量要求，做好实施计划、施工准备及施工控制。焊接技术措施和组织措施都是围绕如何有效而经济地保证产品焊接质量符合设计要求，将焊接返修率尽可能地降低。必须做好以下几个方面：预防出现质量问题，首先必须充分了解焊接产品的设计及质量要求，做好焊接施工的准备。工艺必须处于受控状态，严肃工艺纪律，加强人员特别是焊工的培训，提高操作水平，改进焊接方法如选用自动焊接，提高焊接设备的可靠性，使焊接施工生产过程稳定。做好焊接记录和相应的技术文档工作，便于及时对焊接过程和焊接成果进行有效的评价和控制。

3 压力钢管安装的焊接

3.1 焊接工艺

钢管施焊前，将对主要部件的组装进行检查，有偏差时及时予以校正。各种焊接材料要按规定进行烘焙和保管，焊接时，将焊条放置在专用的保温筒内，随用随取。为了尽量减少变形和收缩应力，在施焊前选定定位焊点，和焊接顺序，应从周围约束较大的部位开始焊接，向约束较小的部位推进。双面焊接时，在其单侧焊接后进行清根并打磨干净，再继续焊另一面。对需预热后焊接的钢板，应在清根前预热。每一条焊缝应一次连续焊完，当因故中断焊接时，采取防裂措施，在重新焊接前，应将表面清理干净，确认无裂纹后，方可按原工艺继续施焊。焊接完毕，焊工将进行自检。

3.2 焊接要求

焊接工作环境应在洞内风速不大于8m/s，相对湿度不大于90%，环境温度不底于-4度的情况下进行。如遇超过以上不利因素情况，应采取有效措施。如无防范措施时，严格执行停止焊接工作。施焊前对焊口进行组装工艺检查，如有超限偏差，应及时纠正合格才能进行焊接。严格执行焊条烘干取出后放在保温桶内，随取随用。严格执行确定的焊接规范，不得随意更改工艺参数。为尽量减少和收缩变形，在施焊前选定焊点和焊接顺序，焊接顺序应从构件受周围约束力较大的部分开始焊接，向约束力小的方向推进。多层焊间接头应错开，整条焊缝应尽量连续完成，不得中断，安装环缝，多名焊工焊接时，应注意从中心位置两侧对称位置同时进行。如遇不利条件，影响焊接因素，应采取有效防护措施。如遇特殊情况，因故中断一条焊缝不能一次焊完时，应采取防裂措施，在重新焊接前应将表面清理干净，确认无裂纹后方可按原焊接工艺进行焊接。拆除引、断弧板时，应不伤及母材。焊接完毕，焊工应按DL5017—93第6.3.9条规定自检。

3.3 焊接的质量检验

一类焊缝钢管纵缝100%超声波检查。二类焊缝钢管环缝30—50%超声波检查无损探伤应在焊接完成24小时后进行。进行无损探伤应严格遵守DL5017-93的规定。焊缝无损探伤的抽查率应按施工图纸规定采用。若施工图纸未规定时，按下表确定。抽查部位应按监理工程师的指示选择在容易产生缺陷的部位，并应抽查到每个焊工的施焊部位。

4 线能量的控制

（1）减小线能量。减小线能量，能有效防止焊接接头的横向收缩、纵向收缩（纵弯）、角变形和波浪变形，其中T形接头的横向收缩和角变形的效果最好。对于压力钢管而言，由于主要是纵向焊缝和横向焊缝，在施工过程中，应控制横向收缩、纵向收缩（纵弯）、角变形和波浪变形，其中角变形和波浪变形对于圆度控制有着重要意义。在线能量一定时，板厚δ增大，收缩变形减小；但由于压力钢管必须焊透，焊条金属熔敷量W随板厚δ增大而增大（或线能量增大），收缩变形量势必也增大。两者叠加，后者影响更大，而且在实际施工过程中，焊缝也未必能一次就焊透符合要求，不可避免局部返修，一旦板厚δ增大，不可避免增大收缩变形量。因此，板厚δ在设计过程中应予以充分考虑，尽量优化。对于前面提及的根部间隙或坡口的影响，主要在制作时控制好。钢板画线、下料尺寸要精确，应在专用平台下料（平台平面度控制在2mm）开坡口。另外，钢板卷制时应特别控制钢板宽度中心线与卷板机卷辊轴心线的垂直度。如果不垂直，那么在拼装单件成圆时，会增加纵缝的修整工作量，容易造成纵缝的间隙大大超标。如果纵缝的坡口也事先开好，那很可能就要重新修整，再开坡口，那间隙就大了。实际操作中，如果是薄板，纵缝往往在拼装单件成圆时先将周长方向多余部分割除，再开坡口。这一方法虽然坡口间隙不大，但是用手工割除多余部分钢板时，不可能很直，纵缝线性弯弯曲曲，极不规则，对于焊接变形、焊接质量有不利影响。对于厚板结构，当圆半径较小时，还是应当精确下料（预留纵向焊缝压头长度），开好横向坡口，卷制成弧后利用半自动切割机切除纵向焊缝多余部分并开好坡口，然后进行装，这样对焊接变形、焊接质量影响最小。

（2）自由收缩。焊前给予结构反变形与焊接后收缩变形相抵，从而可以减小甚至消除结构因焊接引起的变形。为此，对于纵向焊缝先焊内侧，应在拼装时适当让拼装构件的圆半径应略大于基准圆半径（具体数据因管径、板厚不同各异，可以在施工实践中由实践经验得出），焊接收缩后两圆即基本重合，从而很好地消除了角变形。

5 总结

通过本文的研究可以得出以下两条结论：首先，压力钢管焊接变形控制是控制形位尺寸的一个重要因素，只有做好的焊接工作才能对工程的质量有所保证。其次，控制焊接變形主要是控制线能量，线能量应由焊接工艺评估确定，在线能量的控制上最重要的还是要根据实际的工程来确定科学的控制力度。

参考文献：

[1] 马善定.水电站建筑物（第二版）[M].北京：水利水电出版社，2008.

[2] 杨元玉.15CrMo耐热钢焊接性能与焊接工艺[J].安装2005（5）.