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三峽1~6#壓力鋼管湊合節合攏焊縫的焊接

更新时间:2019-11-18 03:56人气:6685
1 概述 1.1 壓力鋼管布置 三峽水利關鍵電站壩後式廠房壓力鋼管直徑12.4 m,由上至下分為上斜段、上彎段、斜直段、下彎段、下平段和廠內段,長122.797 m。下平段和廠內段按明管設計,其中左廠7-14#壓力鋼管下平段布置有伸縮節;1-6#壓力鋼管取消了伸縮節,用10 m長墊層管來適應廠壩間的鋼管位移,此處鋼管按彈性墊層管設計。為了使下彎段與下平段間受力明確,在彈性墊層管上遊端設置了三道止推環,經10 m彈性墊層管及1.22 m延伸段鋼管與蝸殼進口端連接。本文首要討論1~6#機無伸縮節壓力鋼管最後一條合攏焊縫的焊接。 1.2 湊合節安裝的施工難點 無伸縮節壓力鋼管與蝸殼焊接合攏時,蝸殼外圍的混凝土和通過主廠房上遊牆內穿牆管的外圍混凝土均已澆築完成 ,合攏焊縫是在強束縛條件下施焊 。盡人皆知,高誇大質鋼厚板的強束縛焊接技術難度很大,會產生很大的焊接應力和變形 ,曾有個別工程出現裂縫和座環混凝土拉裂的題目。 為此,如何鑒戒已建工程的成功經驗,解決三峽壓力鋼管湊合節合龍焊縫焊接題目,選擇適宜的焊縫形式和確定精確的焊接工藝,將是三峽壓力鋼管施工成功的關鍵技術之一。 鑒於上述啟事 ,1~6#壓力鋼管湊合節合攏焊縫在正式施工前,三峽總公司特委托水電八局三峽機電製造安裝項目部模擬現場焊接工況,進行焊接試驗和研究,為合攏焊縫接頭選型提供根據,同時擬定出切實可行的焊接施工工藝。 1.3 湊合節鋼管的材質 蝸殼打壓,割除焊縫熱影響區後鋼管合攏段總長2 700 mm。合攏段由兩個管節構成,其中標準管節長1 800 mm,湊合節長900 mm。鋼管管壁材質為NK-HITEN610U2,厚度60 mm,係高強度調質鋼,其化學成份及機械物理性能指標見表1 。 2 焊接試驗 2.1 試驗內容 本試驗為了模擬施工工況,在厚板中間開窗口,兩側加筋板,將試板兩端焊在窗口上,分別進行搭接與對接兩種接頭形式試驗 ,試板布局示意圖見圖1、圖2。 試驗過程中測定試板焊接過程產生的拘束應力。焊後丈量焊縫的殘餘應力,利用超聲波及射線探傷來判定焊縫是否產生裂紋。對焊接接頭的機械性能分兩種情況處理:對接接頭用常規試驗(拉伸 、彎曲、衝擊、硬度)進行檢驗,搭接接頭通過疲憊試驗進行檢驗。為了對搭接接頭性能有較為全麵的了解 ,本試驗對不同參數的角焊縫焊趾及焊根的應力集中係數進行有限元分析計算。 2.2 對接試驗 2.2.1 試板焊接 所有試驗用板材是NK-HITEN610U2,焊接材料為MK.J607RH,規格為3.2,4.0,對接試板總長2 000 mm,寬560 mm,厚度為56 mm;3組試板分3種坡口間隙,分別是10 mm、6 mm、3 mm。對接試板坡口形式見圖3,焊接首要參數見表2。 G-1試板全部采用3.2的焊條焊完,由於試板間隙大,焊接時先采用沿坡口側壁全麵堆焊,然後采用多層多道焊接。G-2、G-3試板焊接時,正反眼前三層及蓋麵采用3.2的焊條,其餘用4.0的焊條焊成,3.2的焊條焊接電流為95~140 A,4.0的焊條使用焊接電流為160~195 A。3副試板均進行150~180℃×2 h後熱處理 。焊接順序是焊完大坡口側60%擺布,背麵清根,焊完背麵再焊大坡口側。 2.2.2 試驗結果分析 對接試驗首要數據回納見表3 。 ①在試驗過程中焊縫沒有拉裂,經UT和RT檢驗焊縫質量合格; ②解除束縛後焊縫的自由收縮量為2.73 mm; ③間隙10 mm的對接試件比3 mm、6 mm試件拘束應力有明顯增加,間隙6 mm和3 mm試件拘束應力差別不明顯。 ④焊縫本應收縮4.9 mm擺布,但在拘束的條件下:①因剛性較大 ,窗口承擔了0.63 mm的拉伸變形,變形很小 ,意味著基本上對座環影響不大;②試板承擔了(2.73~0.63)mm拉伸變形。 ⑤試驗表明拘束應力及變形均在彈性範圍內。而實際鋼管的相對自由段總長為10m,遠大於試板長度,由此可判定實際鋼管的拘束應力遠小於試驗條件下的拘束應力。 2.3 搭接試驗 2.3.1 搭接試板焊接 搭接試板采用搭接板和基板之間1 mm、4 mm兩種間隙進行試驗,有4組試板,其中兩組試板沒有使用U形卡具 ,間隙控製較差,另兩組用U卡具進行了固定。試板的焊接順序是:4條角焊縫先後次序為兩焊工先將一端兩角焊縫焊完,再焊另一端兩角焊縫 。 2.3.2 試驗結果分析 ①搭接試板均勻拘束應力1 mm間隙是58 MPa,4 mm間隙是61 MPa,拘束應力很小。 ②對搭接試板焊後進行了拉伸疲憊試驗 ,從疲憊試驗結果看,由於焊趾處應力集中嚴重,所以,焊趾處最早開裂,屬於低周疲憊。對應200 MPa的應力下,疲憊壽命最低為5 099次,大於設計要求的1000次。對應應力44.44 MPa的最低疲憊壽命為133 620次 。試驗表明搭接板與基板之間間隙對疲憊沒有明顯的影響。但是,在焊接前為了保證搭接板與基板之間的間隙而采取了強製性措施(如通過U形卡固定)的試板,其疲憊壽命下降很多,甚至不到沒強製控製間隙試板的一半。 ③有限元計算表明,搭接接頭內側焊縫焊趾處應力集中係數大於外側焊縫焊趾處的應力集中係數,焊趾處的應力集中係數遠遠大於焊根處應力集中係數。計算表明外側接頭焊趾處主應力集中係數在6擺布,內側焊趾處主應力集中係數在9擺布。應力集中係數結果見表4 。 3 4#機壓力鋼管下平段湊合節合攏縫的焊接 通過上述接頭試驗,綜合考慮現場施工條件和國內水電工程實踐經驗 ,最後決定湊合節合攏焊縫采用對接接頭,在焊接過程中錘擊焊縫,以減少拘束應力 。試驗結果表明:錘擊焊縫後拘束應力 、焊縫收縮、試板變形等均下降25%擺布,對機械性能沒有影響。 根據上述試驗,特擬定了現場實際施工時的焊接工藝和錘擊消應工藝,並嚴格按工藝履行。以4#機合攏縫為例,簡述1~6#機合攏焊縫的實際焊接情況。 3.1 現場焊接的首要焊接工藝 湊合節合攏環縫周長為39.144 m,由10名焊工分10段對稱焊接。坡口間隙要求≤3 mm ,間隙過大的對坡口麵進行了堆焊,並保持間隙均勻;對於坡口麵的清理要求打磨至金屬光澤,還應保證表麵平滑。 焊接順序是:整體順序為焊完大坡口側60%擺布,背麵清根,焊接背麵小坡口側,小坡口側留兩層不焊,待焊完大坡口側今後 ,最後焊完小坡口側。其中正、反眼前3層(含打底層)及蓋麵采用3.2的焊條,其餘用4.0的焊接焊成。3.2的焊條焊接電流為110~140 A,4.0的焊條適用電流為160~185 A。焊接完成後,立即進行150~180℃×2 h後熱消氫處理。焊接工藝參數均與試驗時一致。 3.2 錘擊工藝及要求 ①錘擊由專人實施,1個焊工配1個人錘擊,錘擊過程由技術(質檢)員進行監視。 ②錘擊采用C6型風鏟,將風鏟釺頭磨成R=5 mm的球狀圓頭。 ③氣源壓力應能確保風鏟工作壓力在0.63 MPa(額定壓力)擺布。(注:管路各氣壓損耗約0.2 MPa) ④在分段焊接的每1小段裏,除打底和蓋麵層外 ,每焊1層進行錘擊 ,錘至表麵光亮為止。 3.3 施工監測結果和分析 4#機合攏焊縫及鋼管變位丈量、軸向拘束應力丈量數據見表5。 表5中焊縫均勻收縮量為4.90 mm;鋼管拉出牆的量表示鋼管在軸向拘束應力感化下產生彈性變形時,鋼管測點相對於混凝土牆的變位,表中取均勻值;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示在蝸殼端離合攏縫分別為700、900 、1100mm間隔的圓截麵,應力測試按截麵圓周的鍾點位置布點,括弧內數值表示鍾點位置,對應的數據表示應力值。座環經全站儀產業丈量係統全過程監測沒有變位。 上述數據表明:焊縫收縮比試驗時大將近2心mm ,這是由於合攏焊縫的拘束度遠遠小於試驗焊縫的拘束度 。所以拘束應力也小很多 ,試驗的均勻拘束應力是170 MPa(3 mm間隙),現場焊接時均勻拘束應力是67 MPa。 3.4 焊縫內部質量控製 合攏縫焊接過程中除進行一係列監測以外,其焊縫內部也進行了嚴格的控製,焊接過程中背麵清根後進行了幹粉MT檢測,檢查是否存在表麵裂紋,及時發現焊縫缺陷。焊接結束後,對39.144 m長的合攏環縫進行了100%的UT檢測和50%的RT檢測,其中UT探傷一次合格率為99.0%,RT探傷一次合格率為100%。 4 結論 1~6#無伸縮節壓力鋼管合攏焊縫的焊接,固然在強拘束條件下施焊,而高強度調製鋼厚板的強拘束焊接技術難度很大,但經過試驗研究擬定出公道的焊接工藝,施工前籌辦工作充分,現場嚴格按工藝履行。實踐證實,合攏縫采用對接式接頭是可行的 。1頁

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