西藏高海拔地區(qū)冬季焊接質量管控

田志勇，熊 濤，劉家旺，劉文衛(wèi)

(中國水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽 550081)

DG水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)桑日縣境內，為二等大(2)型工程，以發(fā)電為主，水庫正常蓄水位3 447.00 m，相應庫容0.552 8億m3，電站壩址控制流域面積15.74萬km2，多年平均流量1 010 m3/s，電站裝機容量為660 MW。

壩址處于高海拔區(qū)域，每日的太陽輻射非常強，且氣候干燥、氣溫較低、晝夜溫差大。加查氣象站(壩址下游約35 km，測站高程3 260 m)多年平均溫度大約為9.3℃，極端最高氣溫為32.5℃，極端最低氣溫為-16.6℃。

1 影響冬季施工焊接質量的不利因素

1.1 環(huán)境溫度低

1)低溫焊接焊縫質量無法保證，焊縫驟冷易產生裂紋。

2)過低的環(huán)境溫度不僅會增加了焊縫硬度，而且還改變了焊縫組織，同時對焊縫沖擊韌性也有著極大影響，容易出現咬邊，夾渣等現象。

3)過低的環(huán)境溫度降低了焊縫預熱效果，使焊縫層間溫度的穩(wěn)定難以保持。

4)過低的環(huán)境溫度會提升了焊工作業(yè)難度，也會影響焊口合格率。

1.2 施工經驗缺乏

由于施工隊伍并無高海波低溫環(huán)境下進行焊接工作的經驗，所以執(zhí)行制定措施的過程中會出現一定偏差，如果冬季焊接工藝制定出來出現施工效果不好或與現場實際情況不符情形，那么將對最終金屬結構焊接質量產生巨大影響，同時也會為金屬結構安裝的安全、穩(wěn)定運行埋下巨大隱患。

2 冬季焊接施工采取的主要措施

2.1 對環(huán)境溫度的要求

本標段鋼管(襯)采用Q345R材質，為低合金鋼，基于規(guī)范要求，于下述環(huán)境下，焊接部位理應具備相應可靠的保溫與防護措施。

1)風速度。氣體保護焊，環(huán)境風速應不大于2 m/s。其他焊接方法，環(huán)境風速應不大于8 m/s。

2)相對濕度大于90%。

3)雨雪環(huán)境。

4)環(huán)境溫度。低合金結構鋼在零下10℃以下(本標用鋼)，碳素鋼在零下200℃以下，高強鋼及不銹鋼在0℃以下。

2.2 保障環(huán)境溫度的措施[1-3]

1)由于焊接作業(yè)均在室外進行，施工中采用L50角鋼和帆布在施工現場搭設簡易工棚，圍護結構采用豎向活動拉簾(帆布)進行封閉，棚內配備加溫柜、加溫板等。放置大功率的油酊來提高環(huán)境溫度，見圖1。

圖1 焊接時搭設的保溫棚

2)焊接前先將簡易工棚移至焊口位置，于坡口定位焊兩側位置鋪設加溫板，通過加溫板來進行預熱，在實施焊接定位焊時，周邊150 mm范圍都要實施預熱，預熱溫度應該120～150℃之間，采用紅外測溫儀測量。預熱后立即展開施焊，焊口焊接完成后，在焊縫溫度下降到自然氣溫前不得碰到雨雪。

3)對鋼管(襯)上下游管口全封閉，全封閉材料采用防火油布，內部布置1臺軸流風機排煙。

2.3 焊前預熱要求

1)現場焊接過程中所攜帶的焊條必須放在保溫筒中，焊條必須經過烘焙。烘焙后的焊條應保存在100～150℃恒溫箱內。保溫筒使用時接上電源，焊條取出后立即蓋上蓋子，實現隨用隨取，當在露天環(huán)境超出了4 h，需要重新烘焙。焊條烘焙次數不可超過2次。

2)氣體保護焊用的CO2，純度不宜低于99.5%(體積比)，含水率不得超過0.005%(重量比)。在使用過程中，若壓力在1 N/mm2以下，則不得繼續(xù)使用瓶裝氣體。若使用環(huán)境溫度較低，則需對瓶口進行檢查，避免其存在冰凍堵塞的現象。

3)在低溫環(huán)境下焊接鋼管(襯)應對焊縫進行預熱，預熱溫度T0=120～150℃，層間溫度Ti≤400℃。加溫方式：在需要施焊的焊縫周圍貼上加溫板，見圖2。

圖2 加溫板進行焊前預熱

預熱區(qū)的寬度應為焊縫中心線兩側各3倍板厚且不小于100 mm，其溫度測量在距焊縫中心線各50 mm處對稱測量，每條焊縫測量點間距不大于2 m，且不少于3對。

3 焊接中的質量管控

管控整個焊接過程是確保冬季焊接質量的關鍵，而在整個工作中，預熱焊縫則是最關鍵的內容之一[4]。為保證焊接質量，在具體施工過程中采用下述措施來保證焊接過程中焊縫附近的溫度及預熱符合要求且可控、在控。

1)制定的冬季施工具體措施，在通過審批后項目技術人員對施工人員進行技術交底，確保施工人員明確具體施工要求和注意事項后方可施工。

2)可以利用油酊、搭設暖棚等方式保證工作環(huán)境的溫度，與此同時，注意監(jiān)控內外部溫度的差異，提高檢測附近溫度的頻率，不得在溫度過低或未滿足焊縫溫度的情況下進行焊接工作。

3)當溫度達到0℃以下后，鋼板厚度若在9 mm以上，則需采用分層焊接的方式，且為了避免溫度降得過低，應盡量一次焊接完整條焊縫，不得中斷，達到要求后，且再次焊接前注意將焊接缺陷及時清除，完成上述工作后方可繼續(xù)工作。

4)為保證冬季施工質量，可以在總工的帶領下設置專門的專檢小組，在檢查期間，可以在工程部技術負責人的帶領下嚴格檢查各施工環(huán)節(jié)。與此同時，因溫度變化對施工也會產生一定影響，所以宜設立專人聯(lián)系氣象局，了解天氣最新變化情況。不僅如此，在開始焊接前也應注意測量并記錄好每個作業(yè)點，確定各方面與要求相符的前提下開始進行焊接工作，并注意將相關交接檢紀律、責任檔案記錄等做好。此外，還要對現行責任體系予以改進和完善，通過細化責任將各項工作與責任落實到作業(yè)人與作業(yè)班組身上[5]。

5)監(jiān)理人員、金屬結構安裝管理人員應注意每天檢查各施工作業(yè)點的具體情況，同時每周還需專項檢查冬季施工質量，以便于及時發(fā)現并解決問題。

3.1 焊后緩慢降溫措施

1)完成鋼板焊接工作后，應采取溫暖冷措施，以便于焊縫兩側2～3倍范圍內緩慢冷卻，應將其冷卻速度控制在每分鐘10℃以內。

2)通風口一般設置在暖棚兩側，風速不得大于6 m/s，否則風速過大冷卻過快，會導致焊縫出現開裂現象，導致返工甚至導致母材報廢等情況。

3)在焊接完成之后不能立即拆下加溫板，應拔掉電源緩慢的等焊縫周邊溫度隨著暖棚內溫度緩慢下降，待焊縫周邊溫度與暖棚內溫度持平后拆下。

3.2 冬季焊接施工焊縫合格率檢測

為保證機組能安全、穩(wěn)定運行，對冬季施工的焊縫進行了有計劃的無損檢測工作。

對1號機組壓力鋼管焊接環(huán)縫進行無損探傷檢測，見表1。

表1 大古水電站1號壓力鋼管安裝探傷檢測統(tǒng)計情況表

焊縫總長度為：200 487 mm；磁粉(MT)探傷：200 487 mm；超聲波(UT)探傷：200 487 mm；TOFD探傷：20 200 mm；存在缺陷：585 mm；一次合格率平均值：99.69%。

4 結 語

1)目前從上述數據一次探傷合格平均率高達99.69%，未出現冬季施工焊縫出現不合格及其返工現象，充分說明合理的管控方式可以保證施工質量，即焊縫的有效性與可靠性可以得到保障。

2)文中對于“周圍環(huán)境溫度”的概念較為模糊，假若將暖棚內溫度視為“周圍環(huán)境溫度”就無法保證焊接質量，“周圍環(huán)境溫度”應定義為施工焊縫周圍1 000 mm范圍內的溫度。

3)對于冬季施工焊接管控的重點應該放在焊口預熱上面，這樣更有利于保證焊接的質量以及焊縫的外觀質量的美觀。

4)采取加熱板預熱焊縫位置，同時選擇功率較大的油酊將棚內溫度控制在要求范圍內，這樣可以取得更好的焊接效果。

5)綜上所述，在高寒地區(qū)管控焊接技術最主要的問題就是確保焊縫焊接質量，即嚴格根據要求在焊接之前進行預熱處理和后期緩冷處理。