浅谈景洪水电站蜗壳安装及质量控制

贺 彬

中国水利水电第八工程局有限公司

1 .概述

景洪水电站水轮机机组埋件蜗壳平面尺寸为27845mm×30160mm，蜗壳水平中心线安装高程EL531.200m，蜗壳进口端直径(内径)11.2 m。

1.1 主要内容

蜗壳每台重约367T，蜗壳单节最大尺寸φ11200mm×1850mm，单节最大重量为18.874T(不包括内支撑)；现场双管节吊装单元最大外形尺寸约为φ11200mm×4870mm，最大吊装单元重为22.960T(不包括内支撑)。一台蜗壳共有36节，全部在蜗壳埋件现场制造，包括蜗壳进口段6节，蜗壳本体段30节。蜗壳本体段包含2个凑合节，每个凑合节两端留有50mm余量，进口与压力钢管相连接的进口第6节留250mm余量。蜗壳制造用钢板采用WDB620的钢板，板厚为20mm～36mm。蜗壳排水口处钢板最大厚度为70mm，材质Q235。

2 .蜗壳安装措施

2.1 蜗壳安装

2.1.1 安装准备，安装中心测量架、座环上环施工平台

利用原座环测量中心的支撑平台和座环中心控制点，校核机组中心线及座环平面度，使设置的中心线处于基础环最佳位置。在座环及混凝土上测放蜗壳定位节安装控制点和位置线；测放每管节分缝在座环过渡板上的位置；在与每节蜗壳相连的过渡板固定挂装挡板。根据蜗壳管节吊装顺序进行吊装、支撑。

2.1.2 定位节安装

1)定位节设置

机组设置的定位节为第Section29-30节、第Section16-18节、第Section1-2节。定位节的设置及挂装顺序见图2-1。

2)定位节挂装、支撑

依次将定位节吊装到位后，用千斤顶，拉紧器来调整其位置，用经纬仪、水平仪，钢卷尺，线锤来检测管节位置。管节底部布置垫楔子板支撑，在管节外缘腰部用千斤顶支承，用拉紧器固定定位节，并按工艺要求将管节点焊。管节吊装前，用磨光机清扫焊缝及两侧50mm，并用50m卷尺检查管节进、出口的周长。

3)定位节尺寸控制标准

定位节中心至座环中心，定位节水平点至座环中心距离。最远点到机组中心线距离偏差不超过±5mm，蜗壳中心高程偏差不超过±5mm，蜗壳上下最大尺寸偏差不超过±8mm，进口端面垂直度上下偏差不大于5mm。蜗壳与过渡板中心错位不大于2mm，焊缝间隙为2～4mm，如达不到要求可长焊处理。调整定位节管口的倾斜值不大于5mm，定位节管口与基准线偏差不大于±5mm。最远点半径偏差不大于±0.004R(R为最远点半径值)。定位节大、小垂直度度偏差不大于3mm。定位节水平点允许向上偏5～10mm。定位节大口水平点允许向前偏5mm。定位节调整合格后，填写验收表格，通知监理和厂商进行测量检查，合格后签字验收。

图2 -1蜗壳定位节的设置及挂装顺序图

2.1.3 其它管节的安装

当一个定位节方向挂装三节，焊缝调整验收合格后，就可以开始焊接。采取边挂装、边焊接的方式依次安装其它管节。按定位节的安装工艺，分别挂装、支撑、调整其余管节。环缝压缝前要复核相邻两节的周长，根据蜗壳断面周长差，确定环缝对接的错牙值。环缝压缝要从腰部远点开始，上、下两过渡板结束，保证蜗壳中心线错牙，压缝时要尽量少焊“压码”。各节蜗壳挂装、焊接时，原则上以定位节为基准沿两边对称挂装，控制凑合节两相邻管节在同一时段内完成挂装，焊接。蜗壳进水口直管段的调整应根据引水钢管偏差进行校正。

1)质量控制标准

各节间与、蜗壳与座环连接的对接焊缝一般2～4mm，过流面错牙不超过板厚的10%，但纵缝错牙控制在2mm，环缝错牙不大于3 mm。

其它标准按下表要求执行。

序号 项目 允许偏差 说明1 直管段中心D蜗壳进口直径。若钢管已安装好，则以钢管管口为基准，中心偏差不应超过蜗壳板厚的15%。高程 ±5 2 最远点高程 ±15 3 定位节管口倾斜值 5 4 定位节管口与基准线偏差 ±5 5 最远点半径 ±0.004R R最远点半径设计值6 管口节高 ±0.002H H管口节高到机组Y轴线的距离 0.003D

2.1.4 凑合节安装

当凑合节两边的管节、挂装、环缝焊接完成后，在蜗壳管节与座环过渡段焊接前，进行凑合节的安装。凑合节采取在现场进行划线配割的方法。

1)瓦块吊装前，测量所有瓦块的几何尺寸及凑合节安装位置的尺寸。2)瓦块安装时，先从下向上进行安装。3)根据所测量的尺寸将瓦块调整到位，瓦块尽量贴近蜗壳，从蜗壳内按实际位置划切割线，采用磁力切割机切割，切割时，将瓦块垫高，避免割伤蜗壳。切割完毕后，将瓦块调整到位，按要求点焊瓦块。

2.1.5 蜗壳进口凑合节安装

当进口管节、挂装、环缝焊接完成后，进行进口管节凑合节的安装。为满足蜗壳进口凑合节安装要求，对机组进口第5节的安装位置提出如下控制要求：

1)与上游钢管出口相对位置偏差，管节周向均匀测量(至少8点)，要求各点的相对错位≤5mm。2)蜗壳进口管节(进口第5节)垂直度控制在5mm之内。3)蜗壳进口管节凑合节安装方法采取在现场进行划线配割的方法，与其它凑合节类似。

2.2 蜗壳焊接

2.2.1 焊前准备

对所有参与蜗壳焊接相关工作的人员进行详细的技术交底，熟悉焊接工艺、焊接参数，并要求在施工过程中严格按照焊接工艺执行。

对电焊机、焊条烘烤箱、保温箱、加热板、温控箱、远红外线测温仪、保温筒等设备进行认真检查，确保设备处于完好状态。操作人员应熟悉设备的性能，使用及保养，设备接地应可靠，配备消防设施，保证施工过程中所有设备安全可靠。

2.2.2 焊接预热

采用电加热器进行预热，在焊缝两侧各100mm处布置加热片。预热在坡口两侧均匀进行，防止局部过热，预热升温不超过1.5～2℃/min；焊接完成，均匀自然冷却。

预热设备采用(5～10kw)履带式加热板，测温设备采用红外线测温仪。预热区的宽度为焊缝中心线两侧各3倍板厚，且不小于100mm。

预热温度统一为80℃。

层间温度：最高层间温度≤220℃。

2.2.3 焊接工艺规范

焊接材料：E9015-G(金桥607RH)焊接工艺规范见下表。

蜗壳焊缝主要焊接工艺参数

焊条规格 电压（V）平、横焊电流（A） 立焊（A） 仰焊（A） V（mm/min）Φ3.2mm 21～24 90～140 80～120 90～130 60～200 Φ4.0mm 22～25 140～200 120～170 130～185 60～200

2.2.4 焊接

施焊前焊工应对焊接工件的组装质量进行检查，如发现尺寸超差或坡口及其附近有缺陷，应及时提出，并进行修复。对于间隙偏大的焊缝，先进行镶边焊，当间隙和成型坡口满足要求后再行施焊。

为减少焊接变形，所有焊缝均采取多层多道分段退步焊，并用φ3.2mm焊条打底和盖面，其余各层用φ4.0焊条焊接，焊道宽度≤4倍焊条直径。蜗壳调整合格后，在上、下过渡板、环缝背缝处进行定位焊，焊缝厚度以15 ～20mm左右为宜，每段长80～100 mm，间距500 mm左右。

1)焊接顺序。焊接顺序为：蜗壳管节环缝焊接→凑合节纵缝焊接→凑合节环缝焊接→蜗壳与座环上、下过渡板环缝焊接

2)环缝焊接。环缝采用多层多道、分段退步焊，层间接头应错开50mm以上。如下图所示：

图2 -2环缝焊接布置及焊接方向

3)凑合节焊接。焊接凑合节时，先焊完①，然后焊完②，最后焊接③。焊接方法与环缝焊接相同，应该注意在焊接①、②时，③不能定位焊，保持横向自由状态，如图2-3。

图2 -3凑合节焊接

过渡板与蜗壳焊接采用多层多道分段退步焊，每段长度200～400mm，上下过渡板同时对称施焊。

2.2.5 焊接质量检查

1.每道焊缝焊完后，焊工应打尽药皮进行自检，发现缺陷或焊缝尺寸不符合要求要及时进行处理，检查合格后，要将自己的钢印代号用金属专用笔写在适当位置，以便质检人员进行检查和探伤。焊缝检查和探伤人员必须持证上岗，方可进行焊缝检查和探伤工作。

2.蜗壳焊缝探伤

(1)打磨焊缝表面，所有焊缝应在焊接完成24小时后进行UT、PT探伤检查，探伤标准按图纸要求ASME第Ⅷ卷第一部分附录UW-51，12和8执行。

(2)对探伤不合格部位，用碳弧气刨清除缺陷，打磨并做PT探伤，确认无缺陷后再施焊，焊接工艺要求同蜗壳焊接工艺。

(3)座环与蜗壳相连接的上、下过渡段环缝，节与节间的所有临时搭板割掉后磨平，局部凹陷需修补焊缝表面，均进行表面PT探伤检查。

(4)焊缝检验详细要求见下表。

蜗壳安装焊缝检测

无损检测 目检 尺寸检查 PT UT探伤比例 100% 100% 100% 100%单面或双面 双面 双面 双面 单面

3.蜗壳焊后尺寸检查

(1)蜗壳工地焊缝的对接错口应不大于2㎜。(2)各节水平点至座环中心距离偏差为±0.4Re%。(3)进水口中心高程偏差为±5㎜。(4)进水口中心至＋Y轴的距离±0.3D%。(5)图纸要求的其它检查项目。

2.2.6 焊缝返修规定

1.经探伤评定不合格的焊缝，由探伤工程师将其焊缝位置、名称、缺陷部位、性质、级别填写在“焊缝返修卡”上交焊接检查员和技术人员，同时将缺陷部位在焊缝上标出。2.焊接技术人员在弄清缺陷产生原因后，填写返修卡，并附上缺陷处理工艺措施，然后交焊接工程师处理。3.焊缝修补、返修后，焊工及焊接检查员要对其进行检查，并填写返修卡“处理情况”栏后，再按要求进行复探。4.焊缝返修要求一次返修成功，不允许达到或超过两次。

2.2.7 返修措施

1.焊缝上发现有不允许缺陷，焊工不得自行修补，必须及时申报焊接技术负责人、监理及厂家代表。2.焊缝缺陷处理可用碳弧气刨、风铲、砂轮或其它机械方法清除，不允许用电弧或气割火焰熔除。3.缺陷清除干净后，必须将焊道内的铁屑、熔渣及灰尘等杂质清除干净后才能进行补焊。4.补焊焊接规范及工艺措施与原工艺相同。原工艺要求预热的，返修时也必须按要求预热。

2.2.8 焊接变形监视

在座环上、下环板面上、底部环板上取8点，沿周向均布，并打上相应标记，用水准仪监测两面的平面度和半径变化；固定导叶中心水平及高程。每完成下述工序时，都要对变形进行测量并做记录。并根据测量结果，调整焊接顺序以控制焊(变形在允许范围内。

1)每节蜗壳组合完成开焊前、后；2)蜗壳凑合节组合完成开焊前、后；3)蜗壳进口凑合节组合完成开焊前、后。

三、结语

通过上述安装工艺及焊接控制，大大提高了蜗壳安装、焊接的质量水平，蜗壳安装及焊接合格率数据优于国标要求及同类型蜗壳焊接合格率，最终得到业主、监理的一致好评并被评为样板工程，值得在同行业内推广。

[1]《水轮发电机组安装技术规范》(GB/T8564)。

[2]《水轮发电机基本技术条件》(GB/T7894)。

[3]谢寿巍，浅谈糯扎渡水电站4号机蜗壳挂装、焊接质量控制，中国水力发电工程学会会刊：水电站机电技术，2012 vol.35：96～98。