馬小艷，王 麗

（1.扶風(fēng)縣水土保持工作站，陜西 寶雞 722299；2.扶風(fēng)縣防汛抗旱指揮部辦公室，陜西 寶雞 722299）

1 工程概況

某水電站機(jī)組采用一管兩機(jī)聯(lián)合供水方式，由地下壓力鋼管、鋼岔管及兩條支管組成。壓力鋼管主管直徑7 m，長(zhǎng)194 m，上下平段高差60.423 m，采用斜井連接，斜井角度45°，圓形斷面。支管直徑4.5 m，支管長(zhǎng)30.71 m，圓形斷面。

岔管的材料為Q345R，板厚為46 mm，月牙肋鋼板厚度為80 mm，材料為CSG610D。鋼岔管是鋼管直徑由7 m 變?yōu)?.5 m，岔管制作過(guò)程中采用的焊接方法是二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊絲型號(hào)為H08MnA 埋弧焊絲，月牙肋焊接采用的是607 焊條進(jìn)行的焊接[1]。鋼岔管共由10 大塊組成見(jiàn)圖1。為滿足岔管的制作及安裝的要求，每一大塊又分成不等的小塊，本岔管共由41 小塊拼裝組成。

圖1 鋼岔管平面簡(jiǎn)圖

2 焊接殘余應(yīng)力

鋼岔管是鋼管直徑由7 m 變?yōu)?.5 m，共由41 小塊拼裝組成，采用焊接的方法進(jìn)行拼裝。焊接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊接量大且焊接環(huán)境差，焊接過(guò)程中會(huì)釋放大量的熱，焊縫周圍溫度發(fā)生急劇變化，產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)進(jìn)而引起鋼岔管的塑性變形，因此焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大且不均勻的焊接殘余應(yīng)力。工作應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力迭加后的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)如果不進(jìn)行處理，則會(huì)引起岔管的焊接變形及裂縫等，影響岔管的使用壽命，不僅會(huì)給電站帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)給水電站的安全運(yùn)行埋下隱患。

3 殘余應(yīng)力處理方法

目前常用的焊接殘余應(yīng)力消除方法有退火法、錘擊法、爆炸法等。退火法是焊后消除殘余應(yīng)力常用的方法，但是退火法不適合用于大型構(gòu)件；錘擊法操作較簡(jiǎn)單，施工比較方便，但是，錘擊的力度較難控制，力度過(guò)大過(guò)小都不利于應(yīng)力的消除及焊縫的質(zhì)量；爆炸法消除焊接殘余應(yīng)力是近年來(lái)出現(xiàn)的消除應(yīng)力新方法，其工藝主要是通過(guò)在焊縫及其近區(qū)表面粘貼的炸藥經(jīng)過(guò)爆轟造成的沖擊波和殘余應(yīng)力的交互作用，使金屬內(nèi)部產(chǎn)生微觀的塑形變形，從而達(dá)到降低殘余應(yīng)力的目的，他不僅可以降低焊接接頭表層附近的殘余拉伸應(yīng)力，甚至可以造成壓縮應(yīng)力，還可以在鋼板整個(gè)厚度方向均勻消應(yīng)。

4 爆炸消應(yīng)處理

4.1 爆炸消應(yīng)準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行爆炸處理前，應(yīng)首先進(jìn)行爆炸試驗(yàn)，采用購(gòu)買的炸藥在現(xiàn)場(chǎng)使用的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行。經(jīng)業(yè)主等有關(guān)單位同意，爆炸試驗(yàn)在34 mm 厚的Q345R 焊接試板上進(jìn)行。爆炸試驗(yàn)效果確認(rèn)后（不低于GB/T 26078 中的要求）方可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)爆炸處理。

聯(lián)系當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)購(gòu)買炸藥，按照規(guī)定辦理炸藥的購(gòu)買、存放和施工的所有相關(guān)手續(xù)。進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施爆炸處理前，詳細(xì)勘察爆炸區(qū)周圍的地形環(huán)境，做到心中有數(shù)，避免發(fā)生不必要的事故。爆炸處理前通知并警示現(xiàn)場(chǎng)附近的生產(chǎn)和施工單位做好防護(hù)措施，特別注意附近的一些非固定物件在多次沖擊波作用下可能出現(xiàn)松動(dòng)和脫落。

爆炸消除應(yīng)力處理和一般的熱處理有所不同，由于鋼岔管焊縫較多，所以需要分段、多次爆炸。爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊波力量很大，可能對(duì)周圍的人員和設(shè)備產(chǎn)生一定的影響，因此在實(shí)際爆炸處理過(guò)程中，焊縫布藥時(shí)現(xiàn)場(chǎng)附近的各類人員停止焊接等作業(yè)，在引爆瞬間洞內(nèi)及廠房?jī)?nèi)的一切人員必須撤離現(xiàn)場(chǎng)[2]。

爆炸消應(yīng)的施工進(jìn)度主要受現(xiàn)場(chǎng)條件限制。一般情況下，每個(gè)小時(shí)可以對(duì)焊縫進(jìn)行20m 左右的消應(yīng)處理，考慮到炸藥的運(yùn)輸、存放、領(lǐng)用等以及現(xiàn)場(chǎng)的交叉作業(yè)等因素，爆炸作業(yè)一般安排在中午休息或晚上進(jìn)行。

4.2 試板工藝試驗(yàn)

首先在試板上進(jìn)行布藥工藝確定，對(duì)外形尺寸為450 mm×500 mm×32 mm 且材質(zhì)為Q345R 的試板進(jìn)行原始?xì)堄鄳?yīng)力和爆炸消應(yīng)后殘余應(yīng)力的檢測(cè)，見(jiàn)圖1～圖2。測(cè)試位置的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖2 試板殘余應(yīng)力檢測(cè)

圖3 試板炸藥布置

表1 殘余應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)

通過(guò)專業(yè)檢測(cè)工具對(duì)試板的原始?xì)堄鄳?yīng)力和爆炸消應(yīng)后的殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)并記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得知，處理后的殘余應(yīng)力較處理前得殘余應(yīng)力大幅度下降，并且消應(yīng)后殘余應(yīng)力數(shù)值滿足設(shè)計(jì)要求。由此可以進(jìn)行岔管消應(yīng)的相關(guān)工作。

4.3 岔管消應(yīng)

參照工藝試驗(yàn)結(jié)果確定現(xiàn)場(chǎng)爆炸處理方案。

1）確定測(cè)點(diǎn)分布及數(shù)量的要求：每條環(huán)縫不少于一個(gè)點(diǎn)，縱縫不少于一個(gè)點(diǎn)；靠近褲衩部位焊縫部位適當(dāng)增加；月牙板不低于6 個(gè)。

2）依據(jù)（GB/T 26078-2010）中的爆炸處理效果的評(píng)價(jià)要求，按10%～20%的數(shù)量抽檢，測(cè)試結(jié)果作為此類構(gòu)件爆炸處理的驗(yàn)收依據(jù)，爆炸處理前后應(yīng)在相似的典型部位進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，典型的部位包括處理表面的對(duì)接焊縫、安裝焊縫等，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況適當(dāng)調(diào)整測(cè)點(diǎn)位置。

3）測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)表2。

表2 岔管消應(yīng)點(diǎn)布置

圖4 岔管焊縫消應(yīng)點(diǎn)布置圖

4）消應(yīng)結(jié)果

鋼岔管的最大原始焊接殘余應(yīng)力可以達(dá)到或超過(guò)母材的屈服強(qiáng)度。實(shí)施爆炸消應(yīng)工作之后，焊縫的殘余應(yīng)力明顯下降，平均剩余殘余應(yīng)力低于母材屈服強(qiáng)度的50%，通過(guò)消應(yīng)處理，焊接殘余應(yīng)力的消除率可達(dá)到60%以上，并且爆炸處理后鋼岔管沒(méi)有受到損傷，爆炸處理結(jié)果可以滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)使用要求。鋼岔管內(nèi)外表面焊縫爆炸前后應(yīng)力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 鋼岔管內(nèi)外表面焊縫爆炸前后應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

續(xù)表3

5 結(jié)論

如果不及時(shí)對(duì)焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行處理，將會(huì)對(duì)鋼岔管造成焊接變形及裂縫等嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。分析水電站鋼岔管焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力，以及焊接殘余應(yīng)力對(duì)鋼岔管產(chǎn)生的危害，提出可采取爆炸法消應(yīng)處理。從現(xiàn)場(chǎng)采集的消應(yīng)前后數(shù)據(jù)可以得出，焊縫殘余應(yīng)力明顯降低，效果良好。