溫占營(yíng)，陶迎新，李明凱

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧省丹東市 118216）

頂水焊工藝在蒲石河抽水蓄能電站灌漿孔封堵中的應(yīng)用

溫占營(yíng)，陶迎新，李明凱

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧省丹東市 118216）

本文簡(jiǎn)要介紹了電站地下廠房鋼結(jié)構(gòu)灌漿孔和混凝土澆注孔在地下水豐富造成的潮濕、滲水環(huán)境中實(shí)施封堵焊接施工，從焊接過(guò)程中減少或避免水環(huán)境的影響考慮，采用頂水焊施工工藝的過(guò)程和實(shí)施成果。

灌漿孔；混凝土澆注孔；封堵；頂水焊

0 引言

在地下水較豐富地方建設(shè)水電站地下廠房，引水、尾水系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)灌漿孔封堵焊接施工中受水因素影響較大，根據(jù)以前施工經(jīng)驗(yàn)所采取的施工方式要么難以控制焊接質(zhì)量，要么效率很低，需要一種新的施工工藝既保證質(zhì)量，又提高效率。

1 頂水焊工藝設(shè)想提出

1.1 研究背景

蒲石河抽水蓄能電站在引水、尾水系統(tǒng)壓力鋼管段和鋼襯段施工過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)混凝土澆注孔和各種灌漿孔數(shù)量多，鋼板厚，且地下水豐富，灌漿后仍有大量灌漿孔滲水甚至涌水。在此環(huán)境中對(duì)灌漿孔進(jìn)行焊接封堵，焊接過(guò)程中局部受熱，壓力鋼管外壁的混凝土潮濕氣體受熱膨脹后，順著組對(duì)間隙浸入到焊縫的熔池中，形成密集的氣孔群，會(huì)導(dǎo)致延遲裂紋的產(chǎn)生，直接影響焊接質(zhì)量。在焊接過(guò)程中減少或避免水環(huán)境的影響，控制延遲裂紋的產(chǎn)生是難點(diǎn)和重點(diǎn)。

1.2 經(jīng)驗(yàn)方法分析

根據(jù)以前的施工經(jīng)驗(yàn)，灌漿孔封堵焊前出現(xiàn)滲水時(shí)，常規(guī)的堵漏方法是借助于設(shè)計(jì)墊圈、在絲堵上纏麻條或聚氯乙烯帶、速凝水泥、及氣體火焰驅(qū)水等。此外，對(duì)于混凝土澆筑孔和個(gè)別焊后滲水的劣質(zhì)焊縫返修焊，用上述方法止水多半成為不可能，只能用氣體火焰驅(qū)水。當(dāng)止水無(wú)效甚至因焊件受熱變形導(dǎo)致滲水量反倒增加時(shí)，則往往采取斷續(xù)焊方法，使間隙逐漸縮小直至消失。這樣，焊縫塑性必然很差。

也有將封堵焊分為兩步：第一步加焊輔助堵板封水，第二步進(jìn)入正式封堵焊。例如，有的工程用厚度5mm、中間帶有M6螺孔的輔助堵板替換原墊圈，螺孔內(nèi)插入塑料管，用膠泥密封，將水引出。對(duì)輔助堵板密封焊，拔出塑料管，旋入沉頭螺釘止水，再正式封堵焊。還有其他類似方法，如在灌漿塞中間鉆孔、最后再將其縫堵。顯然，這類方法較麻煩，更不適于灌漿孔數(shù)量多的場(chǎng)合。

1.3 頂水焊施工工藝設(shè)想

通過(guò)查閱有關(guān)水電站壓力鋼管灌漿孔封堵的資料，結(jié)合工程實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況，決定采用先有效封水，再實(shí)施結(jié)構(gòu)焊接的方式。首次將專用于水下（海水或淡水）焊接的一般結(jié)構(gòu)鋼焊條TS202引用到水電工程建設(shè)中。焊條TS202低碳鋼芯，鈦鈣型藥皮，直流電源，有防水藥皮。因熔敷金屬塑性較低，故只用作打底、封水。其余層用J507RH高韌性超低氫焊條。這樣實(shí)施既有效達(dá)到避免滲水對(duì)焊接效果的影響，又能保證焊縫的力學(xué)性能。

2 焊接試驗(yàn)評(píng)定

通過(guò)選用鋼結(jié)構(gòu)相同材質(zhì)材料Q345D鋼板，在模擬水環(huán)境下進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。

2.1 試板尺寸

試板長(zhǎng)度為400mm。寬度、厚度和坡口形式如圖1所示。

圖1 試件尺寸

用扁鋼圍起對(duì)口（見(jiàn)假想線）、密封焊。注入水，沒(méi)過(guò)坡口5mm深。

2.2 焊接材料

打底焊條用TS202、?3.2。直流反接。電流110～150A；其余層用J507RH、?3.2。直流反接。電流100～140A。焙烘350℃、1h。

2.3 試板裝配焊接

（1）將試板剛性固定。試板裝配后檢查和記錄相關(guān)尺寸。

（2）氣體火焰預(yù)熱60～80℃。

（3）用TS202焊條打底。焊縫兩端各留約5mm不焊。打底焊厚度2.5～3mm。拖拉運(yùn)條，連弧焊，劃圈收弧。在焊接中預(yù)熱不停頓。

（4）打底焊后、焊次層前，保持焊縫上無(wú)水，但焊縫下有水。清渣。

（5）緊接著用J507焊條焊3層。蓋面層應(yīng)分兩道。

2.4 試樣機(jī)械試驗(yàn)及合格標(biāo)準(zhǔn)

拉伸試驗(yàn)：斷于母材（ASME要求），或抗拉強(qiáng)度≥470N/m2（DL/T5017 —2007《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》要求）。

彎曲試驗(yàn)：彎軸直徑40mm、冷彎角180°。拉伸面上任何方向不得有單條長(zhǎng)度大于3mm的裂紋和缺欠，但棱角開(kāi)裂一般不計(jì)。

在背彎時(shí)，當(dāng)彎曲到90°后，對(duì)拉伸面進(jìn)行檢查。如果未開(kāi)裂，則繼續(xù)彎曲。每隔30°檢查一次。

如果背彎不合格，則將兩個(gè)備用背彎試樣，按照API 1104美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)要求（彎軸直徑70mm、冷彎角180°），重新試驗(yàn)。

2.5 試樣檢查結(jié)果

焊接完成后對(duì)試樣進(jìn)行拉伸和彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格，可用于進(jìn)一步的灌漿孔封堵施工，見(jiàn)表1和圖2～圖5。

表1 檢查結(jié)果匯總表Tab.1 Welding of pipelines and Related Facilities

圖2 向試件坡口內(nèi)注水

圖3 打底焊邊預(yù)熱邊焊接

圖4 測(cè)量層間溫度

圖5 焊接接頭力學(xué)試驗(yàn)試樣

3 工程應(yīng)用實(shí)施

3.1 壓力鋼管灌漿孔封堵焊接

如圖6灌漿孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)行焊接封堵。鋼管材質(zhì)為Q345D、厚度為34、44mm和54mm；封堵塞材質(zhì)為16Mn。

用TS202、?3.2mm防水焊條打底焊、封水。其余層采用J507RH、?3.2mm或?2.5mm焊條。

圖6 灌漿孔結(jié)構(gòu)圖

（1）施焊準(zhǔn)備：按要求裝配好灌漿塞，準(zhǔn)備除水用具。除水工作貫穿焊接作業(yè)始終。

（2）預(yù)熱：預(yù)熱用氧-乙炔火焰外焰，力求加熱均勻。預(yù)熱溫度為60～80℃，焊接過(guò)程預(yù)熱不間斷。

（3）裝配和定位焊：灌漿塞旋入后，若裝配間隙超過(guò)3mm，則將灌漿塞擰出，用J507RH焊條在灌漿塞側(cè)進(jìn)行預(yù)堆邊焊，將間隙縮小至約1mm。用TS202焊條在間隙小的部位定位焊。

（4）封堵焊：先用TS202焊條打底焊。打底焊清渣后，用J507RH焊條焊2～3層（焊層數(shù)視實(shí)際坡口狀況而定）。

（5）緊急后熱：焊接結(jié)束立即用氣體火焰加熱3min以上，接著將堵頭上卡裝用凸臺(tái)割除，割除過(guò)程即后熱的延續(xù)。

（6）修磨：將割除凸臺(tái)的余茬連同焊縫一起修磨。修磨后進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.2 閘門底板澆注混凝土孔封堵焊接

如圖7所示，尾水事故閘門門槽底板總共有150個(gè)混凝土孔，用于底板安裝焊接完成后，混凝土澆筑?；炷凉探Y(jié)灌漿后，用封堵板將混凝土孔焊接密封（見(jiàn)圖8）。

圖7 尾水事故閘門門槽底板混凝土孔

尾水事故閘門底板材質(zhì)為Q345D，板厚25mm，混凝土孔封堵板材質(zhì)為Q345D，板厚為25mm。采用單邊坡口形式。封堵板與混凝土孔的坡口形式如圖8所示。

如圖9所示，焊接過(guò)程中用TS202焊條進(jìn)行定位焊和打底焊，焊接順序?yàn)椋合冗M(jìn)行對(duì)1、2、3段焊縫焊接，最后對(duì)第4段焊縫封焊。除定位焊和打底焊按TS202焊條焊接工藝實(shí)施，其他焊接工作按正常焊接工藝實(shí)施。

圖8 封堵板與混凝土孔的坡口

圖9 焊接順序示意圖

4 實(shí)施成效

通過(guò)采用頂水焊焊接工藝進(jìn)行蒲石河抽水蓄能電站鋼結(jié)構(gòu)的灌漿孔封堵，灌漿孔封堵焊縫的驗(yàn)收合格率100%。通過(guò)采用新工藝，按9300個(gè)焊孔測(cè)算節(jié)約工程費(fèi)用196.85萬(wàn)元；按同樣10組工人同時(shí)施工計(jì)算，測(cè)算節(jié)約時(shí)間271天。用該新工藝完成施工至今已5年多，經(jīng)受了引水、尾水系統(tǒng)的充、排水試驗(yàn)和機(jī)組運(yùn)的考驗(yàn)。

通過(guò)實(shí)踐證明，頂水焊焊接工藝可用于水電站地下廠房鋼結(jié)構(gòu)三類焊縫帶水封堵焊接頭，包括壓力鋼管及尾水鋼管預(yù)留灌漿孔與補(bǔ)充灌漿孔、閘門埋件澆筑混凝土孔與補(bǔ)充灌漿孔、尾水肘管預(yù)留灌漿孔，以及其他焊后滲水的三類劣質(zhì)焊縫返修焊等，對(duì)其他同類型工程具有借鑒意義。

[1]郭熔.響洪甸蓄能電站閘門槽混凝土貫穿性漏水處理施工技術(shù)應(yīng)用分析[J].水電與抽水蓄能.2016，2（2）：50-55.

[2]夏智翼.胡云鶴.某抽水蓄能電站水毀面板修復(fù)灌漿施工[J].水電與抽水蓄能.2015，1（3）：12-14.

[3]高蘇杰.抽水蓄能的責(zé)任[J].水電與抽水蓄能.2015，1（1）：1-7.

溫占營(yíng)（1984—），男，本科，工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站建設(shè)管理、運(yùn)維工作。E-mail：zhizaishuidian@126.com

陶迎新（1982—），男，本科，工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站水機(jī)管理。

李明凱（1988—），男，本科，助理工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站管理工作。

Welding in Water Environment about Holes of Steel Filling in Pushihe Pumped Storage Power Station

WEN Zhanying，TAO Yingxin，LI Mingkai
（Liaoning Pushihe Pumped Storage Co.，Ltd.， Dandong 118216，China）

This article briefly describes，holes of steel Filling and holes of concrete pouring in moist and seepage environment caused by groundwater， in underground powerhouse，if closure in welding，we consider avoid the effects of water environment， process and outcome about adoption welding in water environment.

holes of steel Filling; holes of concrete pouring;closure; welding in water

重大項(xiàng)目：國(guó)家發(fā)展改革委標(biāo)準(zhǔn)蒲石河抽水蓄能電站（發(fā)改能源〔2005〕1407號(hào)）。