【摘要】：馬鹿塘水電站二期工程斜井段壓力鋼管安裝是長距離的洞內(nèi)安裝，且斜井段傾角大，給安裝和焊接工作帶來了諸多不便，本文就本工程斜井段鋼管焊接工藝作以闡述，以供同類工程借鑒。
　　關鍵詞：斜井段，鋼管，焊接，氣孔
　　一.工程簡況
　　馬鹿塘水電站二期工程位于云南省文山州境內(nèi)最大的河流盤龍河上，麻栗坡縣境內(nèi)。工程以發(fā)電為主要目的,采用混合式開發(fā)，工程等級為Ⅱ等大(2)型，最大壩高154米，裝機容量300MW，水庫總庫容5.4565億m3，具有年調(diào)節(jié)能力。
　　壓力鋼管道采用“三平兩斜”布置方案。上平段底坡10%，管徑5m，長度約為200m，安裝工程量為580.85t，后接空間彎管；上斜段傾角60度，管徑5m，長度約162m，安裝工程量為525.92t，后接垂直彎管；中平段為平坡，管徑5m，末端管徑變?yōu)?.8m，長度約96m,安裝工程量為218.88t，后接垂直彎管；下斜段傾角48度，管徑4.8m，長度為174m，安裝工程量為554.57t，后接垂直彎管；下平段管徑4.8m，長度約30m，安裝工程量為61.81t，后接分岔管。
　　二、焊接設備及人員
　　2.1焊接材料
　　焊接材料是決定焊接質量的主要因素。焊接材料的選擇根據(jù)16MnR的力學性能、化學成分、接頭鋼性及鋼管的坡口形式和使用要求選取，選取焊條為E5015焊條。
　　2.2焊接人員
　　焊接人員除合格的焊工外，配備專門的焊接技術人員，焊接檢查員和無損檢驗員。參加16MnR鋼焊接施工人員和施工管理人員均進行技術交底，以了解16MnR鋼的焊接特點、控制項目及控制方法。焊工按水利部標準進行培訓和考核合格，持操作證書和等級證書的合格焊工上崗。
　　2.3焊接設備
　　在馬鹿塘水電站工程壓力鋼管安裝工程開工前,項目部組織技術人員對施工現(xiàn)場氣候條件進行了分析研究。施工地域盤龍河流域地處低緯度地區(qū)，屬南亞熱帶高原季風氣候類型，其南面臨海洋，西北與云貴高原接壤。受地形及海拔的較大差異和水汽來源等諸多因素的影響，加之工程施工工作面均在地下洞室進行，洞室內(nèi)全年風速大于１０m/s，洞室地下水資源豐富造成洞內(nèi)濕度過大，相對濕度過大后易造成焊縫表面氣孔。
　　馬鹿塘鋼管所有焊縫均為全位置焊縫，項目部原設想壓力鋼管焊接采用CO2氣體保護半自動焊，CO2氣體保護焊焊接速度快，需要焊工人員少且焊接質量較高，同時對焊工技術要求相應也較高，經(jīng)多次技術討論并結合施工現(xiàn)場實際工作環(huán)境條件，認為CO2氣體保護焊并不能滿足該工程質量要求。原因有：（１）風速：CO2氣體保護焊對風速的要求較嚴格，風速等于４~８m/s時，需在焊接部位設置擋風盒或擋風帳篷，當風速大于８m/s時，不能采用CO2氣體保護焊。（２）CO2氣體：上斜井段、下斜井段均為長距離，CO2氣體不便于運至工作面，且CO2氣體保護焊對CO2的純度要求較高，要求純度須達到９９.５%，施工所在地域無可生產(chǎn)高純度的CO2企業(yè)。（３）水分：洞室內(nèi)的水汽過大，鋼管安裝后焊縫部位會迅速被水汽浸濕，焊縫上會生成大量的水滴；CO2氣體保護焊對焊接位置的水分要求很高，焊接部位有水分或CO2氣體的純度不夠也會產(chǎn)生水分，在焊接過程中會在焊縫內(nèi)部產(chǎn)生氣孔，嚴重的會導致焊接區(qū)裂紋。
　　綜合考慮CO2氣體保護焊的優(yōu)缺點后，計劃采用手工電弧焊，手工電弧焊的焊接設備選用ZX7—500型IGBT逆變手工弧焊機。該焊機參數(shù)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活和安全可靠，適用于全位置焊接，焊縫成型美觀，有完善的保護，適用于各種焊條，易引弧且飛濺小，比傳統(tǒng)焊機綜合節(jié)電４０%以上，最終所有鋼管安裝焊縫均采用手工電弧焊。
　　三、鋼管焊接
　　3.1預熱
　　通過分析16MnR鋼的焊接性，此鋼Ceq=0.4５%（碳當量）超過0.4%。當管板厚度δ≥32mm時，鋼管焊接需要用履帶式電加熱器進行100—150ºC加熱0.5h，在馬鹿塘工程中16MnR鋼板厚度為δ〈１８~２２mm〉的鋼板，鋼管焊接不需要預熱。
　　3.2焊接工藝
　　鋼管對口前，修整坡口及清理坡口兩側各50mm范圍內(nèi)的氧化皮、鐵銹、油污、水跡及其它雜物。定位焊一般焊在后焊側坡口內(nèi)，后焊坡口施焊前必須清除定位焊道，定位焊長應為80mm，間距350mm。
　　焊接檢查員在施焊過程中嚴格監(jiān)測和控制道間溫度及焊接線能量，并對每條焊縫進行實際施焊規(guī)范參數(shù)記錄。雙面焊的焊縫，一側焊后，另一側可采用碳弧氣刨清根。清根時埋弧焊必須清到第一道縫完全露出，手工焊第一道縫必須完全清楚。碳弧氣刨清根用壓縮空氣包含水分和油分加以限制。多層多道焊時，將每道的溶渣、飛濺仔細清理，自檢合格后，方可進行下一道焊接。焊縫的表面盡可能平滑，咬邊、焊瘤、焊趾過度角過大的部位要用細紗輪仔細打磨，使表面光滑平滑平整。每條焊縫進行編號，并記下施焊焊工姓名或代號存檔。為保證鋼管焊縫焊接質量，每班組安排四名焊工同時進行焊接工作。
　　四、焊接存在問題及解決方案
　　4.1存在問題
　　在壓力鋼管焊接過程中，由于受地下洞室氣候條件制約,天氣晴朗時,洞室內(nèi)水汽在中午10點后自行消除,風向為由斜井底部向頂部流通,經(jīng)調(diào)壓井流向露天;天氣陰或者下雨時,洞室水汽終日不退,洞室外部水汽由調(diào)壓井口反流入洞內(nèi),洞內(nèi)相對濕度更大.由于焊接工作為24小時工作制,加之08年汛期期間,馬鹿塘地區(qū)雨量較往年多,天氣多半為陰天或雨天,焊縫焊接完成后進行超聲波無損檢測，鋼管焊縫下部多處出現(xiàn)氣孔，氣孔均在焊縫表面下４~６mm處，嚴重影響了焊接質量。由于大多數(shù)焊縫均存在同樣問題，且項目所有焊工均參加過昆明掌鷲河供水管道焊接工作，反復出現(xiàn)同樣的問題，導致焊工心理壓力過大，給壓力鋼管焊接工作帶來很大的影響。
　　4.2解決方案
　　1）針對整個洞室內(nèi)存在的水汽，在洞內(nèi)斜井底部和頂部各設置一臺大功率通風機，根據(jù)天氣變化情況隨時改變通風機風向,不間斷進行通風，降低洞內(nèi)濕度。
　　2）在焊接工作進行前，對焊縫表面上的鐵銹進行徹底的打磨；
　　3）焊前預熱溫度50～75℃，層間溫度50～200℃。預熱寬度為焊縫中心兩側各150mm范圍內(nèi)，測溫點位于被加熱面的反面，距焊縫中心50mm處對稱測量，測溫裝置選用接觸式測溫儀。焊接環(huán)縫每隔一米測一對，不少于10對，20～30分鐘測量一次。由于鋼管下部焊縫處水分過大，使用電加熱板存在不安全因素，加熱方式采用采用火焰加熱，加熱設備選用汽油噴燈，保證焊接過程中水分不進入焊接區(qū)域，確保焊縫表面干燥，減少焊接區(qū)氣孔和裂紋生成。焊縫加熱見圖焊縫加熱示意圖。
　　
　　加熱過程中加熱火焰保持均勻，加熱的速度保持緩慢升溫。定位焊的預熱溫度50～75℃，背縫清根時，應保證預熱溫度。每道焊縫保證連續(xù)焊完，因故需中斷焊接時，至少應焊三層以后，并要緩慢冷卻，再次焊接前重新進行預熱。焊接過程中，層間溫度不應低于預熱溫度。層間溫度測量應在焊道上。施焊時要求內(nèi)外焊縫同時進行,保證焊縫溫度均衡。
　　4.3處理結果
　　采用焊縫預熱方法后，在鋼管焊縫完成焊接操作后，進行超聲波無損檢測，焊縫焊接區(qū)氣孔大幅減少，焊接區(qū)也無裂紋產(chǎn)生。無損檢測發(fā)現(xiàn)的極少氣孔，氣孔均在焊縫表面下1~2mm處，原因是在焊接過程中由于個別焊工技術原因，更換焊條時搭接部位產(chǎn)生了個別氣孔。焊接修補后進行超聲波無損檢測，所有焊縫均為氣孔出現(xiàn)。
　　5結語
　　本文通過對馬鹿塘水電站壓力鋼管安裝的焊接方法做出總結，使用的設備、工具裝備等結構簡單、經(jīng)濟實用、易于保證質量，工藝方法合理、簡潔，可供同類型工程鋼管焊接過程中出現(xiàn)的問題借鑒參考。