钢结构调压井底座的安装与焊接

2013-06-28三峡电力职业学院湖北宜昌443000孙宏斌

金属加工(热加工) 2013年16期

三峡电力职业学院（湖北宜昌 443000）孙宏斌

三峡大学工程训练中心（湖北宜昌 443000）李立军

1. 概述

阿萨汗一号水电站装机容量为2×90MW，引水系统采用一洞两机布置，在距进水口下游约600m处设有钢制调压井，高67m，直径为18m。钢制调压井材料为Q345，由筒体和底座两大部分组成，其中底座结构复杂，钢板较厚，焊缝密集且数量多，总重量为112t。调压井底座主要由围板、锚板、套管、止水板、止水环板、基础环1、基础环2、内环板、外环板、第一节井壁以及安装于基础环1与基础环2之间的橡胶止水组成（以上部件为厚度46mm钢板）。调压井底座结构如图1所示，钢制调压井底座结构截面如图2所示。

图1 调压井底座结构

图2 钢制调压井底座结构截面示意

调压井内直径为18m，周长56.52m，沿环向井筒内、外侧对称布置了224根M100螺杆，肋板（钢板厚22mm）448块。由于材料板厚为46mm，并且直径较大，采用多段制作，对接时采取有效的措施进行变形控制。

2. 钢制调压井底座安装焊接施工技术难点

（1）裂纹厚钢板结构件，焊接热输入引起材料不均匀局部加热，产生不均匀的压缩塑性变形，从而产生结晶裂纹；在冷却过程中，已发生压缩塑性变形的这部分材料又受到周围条件的制约，而不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸，容易产生延迟裂纹。

（2）Z向撕裂钢板在轧制过程中，随着板厚的增加，厚度方向压缩比相对减小，钢板在三个方向的力学性能是有区别的：沿轧制方向性能最好，垂直于轧制方向的性能稍差，沿厚度方向（Z向）性能则又次之。焊接时在板的Z向上产生应力，如果超过临界点，就会导致层状撕裂。

（3）构件焊后变形厚钢板构件的主要焊缝形式为坡口焊，坡口深、焊缝熔覆金属多、焊接热输入量大，从而导致钢板焊接时焊接收缩量大，焊接应力大，易产生构件变形；焊缝长、数量多、布置密集，焊接构件变形不易控制。

（4）钢制调压井底座技术要求如表1所示。

表1 钢制调压井底座技术要求（mm）

3. 钢制调压井底座安装

（1）施工准备第一，辅助支撑安装。调压井底座外形大，总重量为112t，因此在底座安装前需布置辅助支撑。辅助支撑安装于一期混凝土中，辅助支撑为20a工字钢环向均布37根。

第二，测量放样。在距调压井中心40m处，沿调压井周围均匀布置4个基准点，在调压井的顺水流方向中心线和垂直于顺水流方向放出中心线，并在辅助托架上放出每段底座环的安装位置。

第三，分段制作。基础环、环形盖板和井壁板均分为6段进行制作，到现场安装组拼及焊接。

（2）钢制调压井底座安装步骤如图3所示。将第一段基础环板吊到安装好的托架，按测量安装位置将环板调整好并加牢固。吊上第二段底座环板，调整到安装位置后，将接头调平，接头间隙预留3mm，再对接头进行点焊（点焊长度50～80mm），并用压板对接头进行刚性固定，以防焊接变形。第3～6段都按前面方法安装。在安装时严格控制接头间隙，在接头安装完成后，对各接头同时施焊，在焊接完成后对其进行整体校正。

图3 钢制调压井底座安装步骤

在基础环2下面划出套管定位线，将套管放在基础环2下面，再将钢丝绳从螺栓孔和套管孔中穿出，在套管下端将钢丝绳卡牢，提起套管至基础环2下方，对准定位线对套管与基础环2施焊连接。

先对锚板与锚板围管施焊，再将锚板围管套入护管中，然后将围板1装到锚板下面（围板2暂不装），并用锚板预埋支撑将其固定。

将止水板和止水环按设计图样安装到底座环2上，并对其进行施焊。

将第一段环板吊到基础环2上，按安装位置将环板调整并固定好，再吊上第二段环板，调整好安装位置并加固，然后将接头压平并点焊牢，用两块压板（距离600mm）对接头进行刚性固定。3～6六段都按此法安装。拼装完成后，考虑到基础环1的焊接空间，基础环焊接采用临时支架将其架起后进行焊接（架起高度距基础环2约900mm），在焊接完成后对其进行整体校正，完成后将其放下与基础环2配合。

使用吊车分别将各瓦片依次吊装到位，按照设计和要求进行组装。

在基础环1和筒壁对应的位置装上肋板，在安装完成后按焊接方案中的焊接顺序对肋板立缝和角缝进行施焊。螺杆定位安装，并装上围板2。

（3）二期混凝土浇筑将内、外环形盖板依次放到肋板上，然后将盖板装到筒壁上，再进行压头对接。

螺杆紧固分两次进行，初拧为紧固力的70%。拧固时需对称进行。所有焊缝焊完后进行二次紧固。

4. 钢制调压井底座的焊接

（1）焊接方法及焊条选择钢制调压井底座焊接方法及焊条选择如表2所示。

表2 钢制调压井底座焊接方法与焊条选择

（2）底座环板和环形盖板焊接底座环板和环形盖板安装完成后，在接头两侧各利用两块厚20mm，长600mm的筋板对接头进行临时刚性固定，然后对接头进行施焊。6个接头同时进行焊接。

利用φ3.2mm、φ4.0mm焊条对反面（仰焊）焊缝进行打底，在焊接3层后对正面（平焊）焊缝进行碳弧气刨清根，再对背面进行3层焊接，如此交替进行焊接直至完成。在焊接过程中根据焊件变形情况适当调整焊接顺序，环板对接接头焊接如图4所示。

图4 环板对接接头

（3）第一节井筒壁纵缝焊接在调压井第一节组拼完成后，利用板厚20mm，宽200mm，长600mm的3块钢板对每条纵缝进行刚性固定。施焊前进行预热处理。

焊缝采用多层多道焊。先内部3层；背面焊缝清根后，焊3层；内外交叉焊接，根据变形情况作适当调整。

（4）基础环1和调压井壁角缝焊接一条环焊缝6个焊工同时施焊，焊缝总长约为56m，每名焊工施焊长度为9.3m。按均等分布同时同向进行施焊，每人焊接1/6圆弧，焊接方法采用分段退焊法，分段长度为600～800mm。井壁与基础环1角缝焊接如图5所示。

图5 井壁与基础环1角缝焊接示意

（5）底座环板、环板、井筒壁板与肋板的组合焊接基础环板、环板、井筒壁板与肋板的截面组合焊接顺序如图2所示，1/8环向肋板焊接顺序如图6所示。

图6 1/8环向肋板焊接顺序

调压井内壁与肋板的焊接：肋板焊接时采用对称焊接，每隔3块焊接一块肋板。

调压井肋板与底座环1的焊接：肋板和底座环1的焊接，肋板焊接时采用对称焊接，每隔3块焊接一块肋板。

肋板与环形盖板焊接：对肋板与环形盖板进行一道角焊缝焊接后，再进行仰焊，同样采用对称焊接。

其余肋板的焊接：在确认螺栓的垂直度之后，完成其余肋板的焊接，焊接顺序为肋板与基础环1焊接，肋板与环形盖板焊接，肋板立缝焊接。

调压井内壁与环形盖板的焊接。

（6）焊接技术要求焊前清理：所有待焊面及坡口两侧各50～100mm内的氧化皮、铁锈、油污、石蜡和润滑脂等杂物应清除干净，每一焊道焊完后也应及时清理，检查合格后再焊。焊前预热要求与焊后热处理如表3所示。

表3 焊前预热要求与焊后热处理

施焊要求：①焊缝（包括定位焊）焊接时，应在坡口上引弧、熄弧，严禁在坡口或焊缝以外母材的其他部位上引弧，熄弧时应将弧坑填满，多层焊的层间接头应错开，焊条电弧焊、半自动气保焊和气保护药芯焊丝等焊接的焊道接头应错开25mm以上，埋弧焊或熔化极自动气体保护焊应错开100mm以上。焊接时引弧和熄弧处宜设助焊板。②每条焊缝原则上应连续施焊，对高强钢停止施焊时，应立即进行后热。再次施焊时，需按焊接工艺规程执行。③施焊时同一条焊缝的多名焊工应尽量保持速度一致。④焊接完毕，焊工应自检。一、二类焊缝自检合格后，应在焊缝附近用钢印打上焊工代号，做好记录。⑤焊缝外观检查按照DL5017—2007要求进行。

焊接工艺措施：①定位焊缝的质量要求及焊接工艺与正式焊缝相同。要求定位焊缝长度50～80mm，间距约400mm，焊缝厚度8～10mm。②焊前预热和焊后热处理采用履带式电加热板进行加热，加热区的宽度为焊缝中心两侧各80～100mm。对预热的焊缝应连续焊完，中途不得中断，否则进行消氢处理。③按拟定的焊接顺序施焊，并在施工现场对焊接热输入进行严格控制，最佳焊接热输入为20～35kJ/cm，最大不得超过45kJ/cm。④所有焊缝焊接均采取退焊法。⑤采用φ3.2mm焊条进行打底焊接，采用φ4.0mm焊条进行填充及盖面，焊接过程中严格控制焊道宽度和厚度，焊道宽度以3～5倍焊条直径为宜，最大不超过15mm，焊层厚度以3～5mm为宜，最大不超过1.5倍焊条直径。焊接参数如表4所示。⑥按照编制好的焊接工艺，针对现场具体情况对施焊人员焊接技术交底，重点介绍焊接的顺序、焊接参数以及要达到的质量标准等。⑦在焊接施工过程中，做好现场焊接参数、环境温度、环境湿度等记录，一旦出现异常情况，立即停止施工并调整焊接措施。