中国葛洲坝集团机电建设有限公司 湖北宜昌 443000
摘要：云南金安桥水电站机组容量600MW共四台混流式机组，是云南省目前最大的水轮发电机，体现了容量大、尺寸大，技术含量高等特点。其蜗壳材料为60公斤级的高强度调质钢，温控要求严，是较难焊接的钢种，现将该电站1#-4#机组蜗壳的组装焊接工艺技术、质量控制等方面进行介绍以供大型机组蜗壳埋件安装施工人员参考。
关键词：蜗壳、组装、焊接
一、概述
金安桥水电站位于云南省金沙江中游丽江市附近，机组蜗壳瓦片由东方电机厂制造，运送到进行拼装，组装完成后对蜗壳的纵环缝进行焊接，单台机组蜗壳重量为500t。机组引水压力钢管内径10米，采用单元供水的方式通过蜗壳导流后进入转轮。该蜗壳截面由进水口端半径为5000mm沿座环渐变至尾部出水口端半径为1397.5mm。单台蜗壳由37节组成，钢板厚度为δ=25-65mm由我国鞍钢生产的ADB610D高强度调质钢制造。
二、安装前的管节组焊
蜗壳安装前首先要将到货的瓦片在工地拼装场地，将分块瓦片组焊成单节蜗壳，在组园平台上按蜗壳单线图，将蜗壳每分段的进水口作为基准面，按截面中心为原点校核出水口的控制尺寸。组对时先用样板检测瓦片弧度，调整各块瓦片的进水过流面与地样线相重合，偏差不大于2.0mm。其次调整瓦片组合纵缝间的间隙与错牙，瓦片与地样平台的间隙，瓦片与地样平台的间隙应控制在2mm以内。调整各瓦片纵缝的间隙和错牙，过流面错牙应小于2mm，间隙应小于4mm，对于局部间隙大于4mm的部位，应采用堆焊修补，直至焊缝间隙小于4mm为止。单节蜗壳组装后按蜗壳组装主要尺寸检查图进行。
三、蜗壳纵缝焊接
蜗壳钢材为600MPa低合金高强度调质钢，高强钢焊接工艺及温控要求严格，施工难度较大，蜗壳的焊缝质量将直接影响电站的长期安全运行。高强调质钢冶炼采用淬火及回火即调质的工艺方法，使淬火后强度较高而塑性较低的淬火马氏体经回火加温使其转变为回火马氏体、回火索氏体及下贝氏体的混合组织呈现钢材强度高，且低温缺口韧性和焊接性能良好的高强调质钢。金安桥蜗壳使用的600MPa高强钢的牌号为我国鞍钢生产的ADB610D钢板。
每条纵缝由一名焊工在蜗壳拼装位置用立焊方法采取分段、退步、多层多道、对称法焊接施工。焊后其弧度变形要在要求范围内、用弧形样板不断检查纵缝棱角度是否在规定偏差内，如棱角度超过3mm的纵缝，采用棱角校正架与400t液压式千斤顶，对纵缝进行冷变形校正。焊接与校正合格的分节蜗壳的两侧端面各设置一个支撑架，以保证安装过程控制蜗壳的两侧端面圆度，支撑架要便于安装及拆卸。制造完毕的蜗壳管节暂存放在堆放场地待安装时运输到机坑内。
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四、蜗壳运输与吊装
蜗壳自重大于15t的蜗壳管节，采用配有两个托架的40t平板车进行运输；自重小于15t的管节，采用配有托架的40t或15t载重汽车运输到厂房安装间。运输前，应计算蜗壳管节的重心位置装焊好管节吊耳，并检查吊耳焊缝的质量。管节装车时，使用2台10t链式起重机收紧固定钢丝绳，防止溜车事故发生。在蜗壳存放场地采用25t龙门起重机与50t汽车起重机进行吊装，安装现场蜗壳卸车存放的吊装手段采用800t厂房桥式起重机，在安装间将扩大预拼的蜗壳用800t厂房桥式起重机直接吊装就位。
五、蜗壳安装与焊接
每台机蜗壳的6#、14#、21#、32#四节为定位节，作为蜗壳的安装基准节。蜗壳的1#、10#、19#、25#四节为凑合节，其功能为由两定位节为基准节的其他管节从其两侧对称安装到中间合拢段时，以其实际控制尺寸所制作的蜗壳管节。
首先根据图纸及座环的实测中心，由测量队作出每节蜗壳的安装控制尺寸和座环中心到该节管体最远点的控制点，将其投放在混凝土地面上或蜗壳支墩上。当蜗壳定位节吊装就位时，与其对应的下蝶形边与过渡板连接找正，用座环水平线找正蜗壳水平，用外支撑调整蜗壳进水边平面的垂直度，垂直度公差应控制在5mm以内；调整进水边的腰线高程与固定导水叶中心高程一致，尺寸偏差小于4mm；控制进水边最远点到座环中心点的距离，尺寸偏差小于±12mm；调整进水边孔口中心到座环中心的距离偏差应小于±10mm。检查合格后，使用搭接板与上，下蝶形边及过渡板焊接固定，并将定位节与机坑基础锚板之间支撑牢固。其他管节安装与首装定位节尺寸控制方法相同，但要特别注意蜗壳管节之间的环缝间隙要控制均匀，大小一致。蜗壳安装采用一条环缝调整完成后，进行下一条环缝的调整工作，连续挂装调整3节后，再进行环缝的焊接，焊接结束后，再进行下3节的挂装调整，直至安装剩下的凑合节止。安装管节顺序为顺水流先进行定位节即第6节及第14节安装，再进行定位节第21节及第32节安装，使在两个区间安装的蜗壳自重的影响尽量在座环对称方向互相平衡，以防座环引起变形。当四节定位节中间管节安装焊接完成后，再安装第6及32两节定位节的外侧进水段大直径蜗壳及尾端舌板的组装焊接工作。两定位节中间的所有蜗壳的环向焊缝按挂装次序逐节焊完，不能跳跃焊接，中间停顿时，应采取保温措施。蜗壳环缝焊接工艺与焊接纵缝的工艺类同。焊接宜由6～8名焊工同时施焊，采用“对称分段多层多道退步跳焊方法”。
环缝焊接每段长度为300～400mm，要求焊一层清扫一层，若发现有裂纹、气孔、夹渣、未焊透等缺陷，要处理好后方可继续施焊。蜗壳环缝焊接时要检查尚未焊接蜗壳应处于自由状态，防止蜗壳焊接收缩应力引起座环变位。蜗壳环缝焊接工作量大，蜗壳正缝焊接完成后采用碳弧气刨清根，清根完毕打磨背缝并进行表面探伤检查有无微裂纹，探伤检查必须无任何缺陷才能继续焊接。整条环缝焊接完成后进行超声无损检测以确保蜗壳的焊缝质量。在凑合节开始焊接时仍先焊纵缝，纵缝焊接后再焊环缝。环缝焊接时先焊间隙大的焊缝，待缝大的一条环缝焊完后，再焊另一条环缝，不能对两条环缝同时焊接。在整台蜗壳的最后一条连接环缝焊接时应力较大，为防止开裂，焊接过程中不能中断，并要严格按对称、分段、多层多道、退步焊，除底层和盖面层外，其余各层焊后可采用风动气锤打击扩散焊接残余应力。在蜗壳整体焊接完成后，进行蜗壳壳体与座环蝶形边焊接，对于焊缝间隙较大的，应进行堆焊或镶边焊，在堆焊时，背缝也可贴钢衬板，焊完后刨掉、磨平。首先对上下蝶形边进行定位焊接，定位焊长度50mm以上，间距300～400mm，定位焊接后检查测量座环的水平及圆度，检查合格后正式开始焊接。蝶形边焊缝由8～12名焊工沿圆周采取分段、对称、多层、多道、退步焊接进行施焊。焊接顺序是焊完上、下蝶形边外侧圆面，清根后再焊内侧圆面，外圆面焊缝要焊成平缓过渡，以免产生应力集中，内圆面焊缝注意盖面层每道压密压严，每道间高低差要均匀一致，做到平缓过渡，以减少水流阻力。在蝶形边焊接过程不断监视座环的平面度及圆度和蜗壳的腰线水平误差。
六、结论
蜗壳作为混流式水轮机的水流与水轮发电机的关键连接部件，其安装质量对水轮机以后的长期安全运行起着重要的影响。由于对蜗壳管节制作、高强钢焊接工艺研究、蜗壳管节制作的焊缝质量及安装蜗壳过程对座环的相互制约，作了详细的研究与准备，所以对金安桥4台机组蜗壳的安装质量与水轮发电机长期安全运行得到良好的保证。
论文作者:王义伟
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第16期
论文发表时间:2018/1/19
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