三峡蜗壳自动化焊接论文..doc

三峡大型蜗壳的现场自动化焊接 李正江 （杭州凯尔达自动焊接装备有限公司.杭州） 摘要：大型水电工程蜗壳自动焊接技术一直是国内水电施工单位重点研究的课题，在三峡工程的三期建设中，蜗壳焊接安装是一项庞大的工程，为新技术的应用创造了条件，也是焊接工作者面临的一项挑战。本文结合葛州坝集团机电安装公司在三峡蜗壳自动焊接施工中的突破性的实践，对目前国内蜗壳焊接技术进行了总结，对各种常用焊接工艺方法进行了对比，对脉冲MAG自动焊的工艺、性能和经济效益进行了简要分析。 0 序言 三峡右厂15＃～18＃机组的4台蜗壳由东方电机股份有限公司设计，葛洲坝机电建设有限公司制造和安装。单台蜗壳由36节管节组成（最后3节在座环上），设3个定位节和2节凑合节单节管节由厚度75mm～30mm的ADB610D高强调质钢板卷制组焊后，用内支撑固定成形。 蜗壳的水平中心线安装中心高程▽57.0m，蜗壳截面由进水口端半径6200mm沿座环外径渐变至出水口端半径1703mm。17＃和18＃机蜗壳上部敷设弹性垫，16＃机蜗壳采用充水保压埋设，保压压力为0.6Mpa，15＃机蜗壳采用直埋式浇砼。单台蜗壳的安装工程量为966.4t（含内支撑重量），最大单节吊装重量62吨。蜗壳的结构简图如下： 图1 蜗壳的结构简图 1 蜗壳焊接技术现状 蜗壳的制作包括制作场的拼装和蜗壳安装现场的总装。在制作场里，首先用卷板机将钢板卷成瓦片，然后将已卷成弧形的几块瓦片立放在钢平台上对好焊成一个单节。在这里，焊接中的焊缝有两种：一种是由瓦片（弧形钢板）拼焊成单节时的立焊缝，其焊接工作量约占蜗壳焊接总工作量的30%；而在蜗壳安装现场它就是全位置环缝。 目前国内蜗壳焊接基本上仍依靠手工电弧焊完成，焊接生产率低，劳动强度大，作业条件差，生产成本高。其中蜗壳拼装场的蜗壳纵缝大都采用埋弧自动焊（SAW）和手工电弧焊技术，但在直径φ≥8m的蜗壳上埋弧自动焊的应用受到限制。安装环缝全位置焊接，95%以上仍采用SMAW完成，只有少数电站（如岩滩电站、五强溪电站及隔河岩电站）从国外引进设备和材料少量应用半自动气体保护焊及药芯焊技术。针对水电工程建设的焊接技术落后于国家建设需要之现状，国内许多高等院校、科研院所及众多施工单位的广大焊接工作者对此十分关注和热心，近几年也做了许多研究工作，并取得了很大的进展。很多成果在三峡工程中都得到了实际应用。 国外水电站压力钢管、蜗壳焊接尽量采用高效率焊接方法，以便缩短工期，降低成本。日本、美国在制作场除广泛使用SAW技术外，还选用半自动或自动立焊技术，以及FCAW方法，而安装环缝的焊接仍以SMAW为主。但自上世纪七十年代以来，从未间断过安装环缝的自动化焊接技术的开发研究。如日本在新丰根、奥吉野、五原等水电站都使用了MAG全位置自动焊接技术，还有AAW-TIG全位置自动焊接技术。日本尽管有的电站曾采用过上述两种全位置自动焊接技术，但其直径都小于8m，美国在古力（二）电站的10条直径为11.4m的压力钢管的安装环缝上采用的仍然是手工电弧焊。这表明，大直径厚壁蜗壳、压力钢管采用自动化的全位置焊接技术仍然是世界性的技术难题。 自动焊系统的选择 三峡水电站大直径蜗壳的直径进口为12.4米，要满足压力钢管焊接的需要，要求自动焊系统能够同时适应制作场和安装现场的技术要求，实现全位置自动焊接。经过认真考察，选用凯尔达生产的WS-HM802FW全位置自动焊接机构。该自动焊接设备重量轻可靠性高，主要部件（电机、齿轮采用日本原厂） 焊接工艺的比较 大直径蜗壳的自动焊接，目前常用的工艺有自保护药芯焊丝、气保护药芯焊丝 自保护药芯焊丝在药芯成份中含有造渣剂、稳弧剂、脱氧剂、合金剂以外，还有造气剂（CaCO3和石墨）、金属蒸气保护剂（Mg和Al-Mg合金）、氮化物形成元素（Al和Ni）。药粉大部分属Ti型酸性渣系，碱性渣系极少。国内岩滩和隔河岩使用了美国林肯NR203Ni1%焊丝，从工艺评定试验结果看出，其韧性、塑性值较低，搞裂性较差。从操作施焊时可见飞溅多（颗粒大且不易清除），烟尘大，易出气孔。其唯一的优点是设备简单，操作方便，不易受风的影响（允许风速12m/s）。 气保护药芯焊丝国内外目前生产的气保护药芯焊丝大部分属于Ti型酸性渣系。氧化性很大，焊缝金属冲击韧性低，只适用于一般碳钢及低合金钢焊接。这类焊丝电弧稳定，气孔敏感性小，脱渣好，容易操作，但扩散氢含量高，焊接施工中，CO气孔及氢致冷裂纹的倾向性增大，只适用于一般钢结构焊接。为了防止熔敷金属中扩散氢含量过高，及焊缝表面产生麻点斑痕，因此对母材预热温度及层间温度都提出了一定的要求。 气保护实芯焊丝大部分采用富氩保护，因此焊缝金属的韧性、塑性好可用于重要结构的焊接。ml/100g左右，而实芯焊丝富氩气体保护电弧焊焊缝熔敷金属扩散