西龙池抽水蓄能电站引水系统780级钢管制造工艺

283西龙池抽水蓄能电站引水系统780级钢管制造工艺张忠和（山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司）【摘要】由于SUMITEN780高强钢，综合性能优越，可减少用钢量，经济效益明显，逐渐地、广泛地应用在高水头的大型蓄能电站的压力钢管以及蜗壳结构中。在西龙池蓄能电站引水钢管，应用SUMITEN780钢材的施工实践中，将获得的点滴体会，作一小结并奉献给各位。【关键词】蓄能电站压力钢管SUMITEN780钢焊接工艺评定钢管制造西龙池抽水蓄能电站，位于山西省忻州市五台县境内，滹沱河与清水河交汇处上游约3KM的滹沱河左岸。电站总装机容量1200MW(4×300MW),计划2008年8月第一台机组发电。引水系统包括上水库进/出水口、压力管道上平段、事故闸门井、上斜井、中平段、下斜井、下平段、岔管、高压支管等。引水压力管道采用“一管两机”供水方式，引水隧道单洞总长分别为1#-1448.33M、2#-1431.18M，单条压力管道斜洞长756.59M，高程差677M。斜井斜度分别为60˚和56˚。钢管内经5.2M、4.7M、4.2M、3.5M。在距厂房中心线54M处布置高压岔管，将每条引水钢管各分成2条内经为2.5M的高压支管。钢管所用钢材：SUMITEN510-TMC、SUMITEN610-TMC、SUMITEN780。1钢材（1）采用钢板的种类和钢材用量分布SUMITEN510-TMC钢板厚为：δ16-δ34㎜共6种；SUMITEN610-TMC钢板厚为：δ20-δ38㎜共8种；SUMITEN780钢板厚为：δ20-δ60㎜共13种等，三个级别总计27种钢材。（2）钢板的化学成分％。表1钢种化学成分％CSiMnPSCuNiCrMoVBSUMITEN780≤0.14≤0.55≤1.50≤0.015≤0.015≤0.500.30--1.50≤0.80≤0.60≤0.05≤0.005（3）钢板的力学性能、工艺性能表2钢种钢板厚度㎜拉伸试验冲击试验冷弯试验抗拉强度σｂMPa屈服点σｓMPa伸长率δ5%冲击功AKV（横向）J应变失效冲击功5%KVSJ180○SUMITEN780≤50780-930≥685≥20-40○C≥470○C≥34d=2a50-92760-910≥665≥20-40○C≥470○C≥34d=2a2焊接工艺评定试验（1）焊接工艺评定的技术要求焊接工艺评定试件:试板钢材和焊接材料与制造钢管所用的材料相同。试焊接位置包含现场作业所有焊接部位，并作焊接预热和后热。284（2）焊后做外观检查和无损检测，合格的方可加工试件参与试验。（3）机械性能试验项目包含：拉伸、弯曲、冲击、、硬度，且试件取样、制备、试验，按DL5017-93第6.1.15条执行。（4）工艺评定试板的焊缝设计及焊接1）自动焊接采用平面焊接；手工焊接采用45°斜角定位爬坡焊接，正面为立焊，背面为仰焊。2）试板对接焊缝的坡口设计为非对称‘X’型坡口。以48mm钢板为例，如图示。（5）工艺评定试板焊接特性和记录焊接前预热温度控制在70○C--230○C之间，最高不超过230○C；后热温度控制在150○C-230○C，保温1小时。焊接电流及电压记录与控制，采用自动温度控制记录仪，焊接特性等记录见表3。表3序号780级钢材钢板厚度㎜硬度试验HBW5/750拉伸试验MPa低温冲击试验-40○CKVS（J）弯曲试验a=100d=6.6aa=180○母材焊缝焊缝溶合线热影响区1SUMITEN780δ6025526081065221174合格SUMITEN780δ6081566220220合格SUMITEN780δ60805113230208合格2SUMITEN780δ48278278830141190226合格SUMITEN780δ48815123103270合格SUMITEN780δ48825116134242合格（6）焊接机械性能试验工艺评定试板焊接后，间隔48小时，进行探伤检验，经检验合格后，方可加工试块，机械性能试验项目及结果如表4。焊接工艺评定试验历时5个月，先后试验7次，δ48、δ60mm780级钢板弯曲试验的弯曲断裂和裂纹都不合格。经分析认为：弯曲试验半径3T，等于钢板延伸率25%，而日本进口钢板的试验结果为17%--20%。在国内咨询专家的指导下，修订了试验标准，采用日本的JISZ3122标准，弯曲试验压头直径为6.6倍的试件板厚，试验一次成功。此项试验表明；我国现行规范标准需增补780MPa级钢管制、安规范条规。2852863钢管制造工艺SUMITEN780钢板的制造、安装工艺简述如下:（1）钢管下料的划线、切割及坡口加工a、划线：首先检查钢板平整度，修正钢板因运输、保管、叠放引起的变形，避免影响划线和切割精度。划线宽度和长度边线控制在±1mm；对角线相对差为2mm；对应边相对差为1mm，矢高（曲线）为±0.5mm。用油漆标注清楚：管节号、水流方向、水平和垂直中心线、加劲环位置、贴壁排水管安装位置等。不能在钢板上打冲眼，780级钢板对缺口非常敏感，防止因冲眼或划痕产生裂纹源。且不在780钢管上设灌浆孔。b、下料时重点考虑；直管段相邻管节环缝间距不小于500mm、相邻管节纵缝间距应大于100mm、同一管节上纵缝间距不小于500mm。c、还要考虑焊缝收缩及卷板时延伸量的影响，并留有余量。d、用自动切割机和半自动切割机对钢板进行切割，要求切割边线平齐，坡口角度均匀，切割时不能停顿，更不能隔夜进行。e、坡口加工时，除保证坡口尺寸外，将熔渣、毛刺、缺口修磨整齐干净，也要将坡口渗碳层磨削干净，一般磨削在0.5mm以下就可将渗碳层清除。经检查没有微裂、夹层、夹渣等缺陷，方可卷板。（2）卷板钢板卷板的方向和钢板压延方向要一致；卷压过程，不可一次下压量过多，用弧度样板检查，卷压并调整卷板所要达到的弧度。（3）钢管管节的组装和焊接卷板后的钢管放在组装平台上，在自由状态下调整钢管管口平面度、管口实际周长和设计周长差、相邻管节的周长差、纵缝和环缝焊口间隙等。组园时应注意，SUMITEN780级钢板比较其他钢种，容易产生延迟裂纹和热应力裂纹或有这种倾向发生，应尽量减少在母材上焊装临时构件，若必须焊装临时构件，割除时不能伤害母材，严禁用锤打掉临时构件的做法。附件割除、打磨，要圆滑、平整、彻底，不能伤及母材。环缝现场组装时，边调整边定位焊接，较容易产生积累误差和集中错位，为了减少积累误差和集中错位，先测量相邻管节周长差，分散误差并消除错位超差，将“丁”字焊缝及错位较大之处先对装定位，减小焊接拘束应力和装配应力，提高组装的质量。焊缝间隙是SUMITEN780级钢管制造的重要环节，为了减小焊缝接头的横向收缩应力，依据焊接工艺评定，将焊缝间隙控制在0--3mm为宜。在加装加劲环、止推环、阻水环时，考虑加劲环等对接焊缝，与钢管纵缝错开100mm以上，检查加劲环和钢管的间隙，相互间的垂直度；以及加劲环组成的平面与钢管轴线的垂直度等。定位焊接和主缝焊接要求是一致的；定位焊接的长度为100mm，间距为300mm，焊角高度不大于8mm；定位焊接距焊缝端部大于30mm；定位焊预热时，以焊接中心150mm作为定位焊接的预热范围，预热温度，要高于主缝温度20-30○C。定位焊接在后焊接的焊缝坡口内焊接，以便碳弧气刨清除干净，使定位焊不保留在高强钢的任何焊缝中。焊接前坡口的清理检验；开焊前，要检查坡口表面的氧化皮、铁锈、油污等。检验焊缝间隙、纵缝和环缝错位情况，还要检查定位焊接的裂纹、气孔、夹渣等，发现问题，解决后焊接。所用600MPa、800MPa钢材都要预热，定位焊用氧-乙炔气火焰加热；主缝焊接用履带式电加热板加热。根据焊接工艺试验，参考日本三井物产公司的产品说明书，将预热温度确定在70○C—230○C，且不得超过230○C。实际施工在100○C—150○C之间，多数在130○C左右。层间温度施工时掌握在160○C—180○C左右。预热时必须均匀加热，加热范287围在焊缝两侧各3倍钢板厚度范围内，且不小于100mm，履带式加热板宽度150mm和260mm两种，可完全覆盖在焊口上面。焊接和测温在加热板反面的焊口上。用远红外线测温枪，距焊缝中心线两边各50mm处对称测量，每次每条焊缝测6-8点，每20分钟测量并记录一次。焊接：本工程参考日本三井物产有限公司的钢板性能，选用与其配套的焊接材料。L-80SN等焊材为超低氢焊材。可防止和减小焊接裂纹，能够达到焊接接头与母材的强度等同的目的。选用的焊条和焊丝直径有三种，Φ3.2mm作为打底焊接，Φ4.0mm、Φ5.0mm作为主缝焊接。焊接电特性、线能量等参量数据（参见表4）。本工程焊接线能量在21KJ/㎝--36KJ/㎝之间（平均值）。线能量过大，焊缝过热区发生脆化及热影响区软化，导致冲击韧性降低。线能量也不能过低，线能量过低就会产生冷裂纹。钢管纵缝和直管环缝，用埋弧自动焊焊接。纵缝引弧板和息弧板的板厚与坡口形式、尺寸等，与焊缝要求一致。直管环缝在滚焊台车上焊接。每道焊缝须连续焊接完成。弯管环缝用手工焊接，每次焊接4人一组，对称均匀且速度一致。焊接时不能中断，两大班12小时对倒。背缝清根时的速度是同样的。背缝清根在正缝焊接完成后，用碳弧气刨刨除封底焊接和定位焊接的焊道，碳弧气刨电流约270—500A、空气气压应为0.4—0.6MPa，刨槽整齐、形状理想。另配专业打磨人员进行总体打磨，要求100%的打磨，清除明显的沟槽、飞溅、污物等，露出金属光泽。每道焊缝的焊接顺序、道数、焊角高度等（参见图示）。（4）焊缝表观检验：如电弧擦伤、咬边、飞溅和焊缝不饱满等，在不低于预热温度的情况下检查，有问题及时补焊处理，避免二次加热，这是780钢的缺口敏感性和允许加热返修一次的性质决定的。焊缝不饱满及焊道较宽形成的沟痕，显然是要补焊的。亦须“趁热”检查并补焊。（5）后热可防止再热裂纹，还可部分解决软化及脆化问题。后热温度多数在158○C—186○C，保温时间1小时，每20分钟测量并记录一次。（6）无损检测；焊缝无损探伤检测率表5焊缝类别一类二类备注超声波探伤检查率（%）100100二类焊缝较规范提高了检测比例50%射线探伤检查率（%）2510基于施工考虑，一、二类焊缝较规范均减小了检测比例电站采用超声波探伤、γ射线探伤、磁粉探伤或着色探伤，SUMITEN780在焊接后48小时进行探伤检验。探伤检验前，把焊缝表面处理干净，不影响探伤评定。一类焊缝用100%的超声波；γ射线探伤检验检测25%；其他按照比列检验。还有第三方的5%探伤抽检。（7）防腐除锈和涂漆：引水钢管内壁防腐采用环氧煤沥青防锈漆。钢管表面除锈等级为Sa21/2，表面粗糙度为60-100um。表面除锈和涂装间隔时间：阴雨潮湿气候条件下为4小时，晴天或正常条件下为12小时。底漆干膜厚度在40-75um，底漆和面漆干膜总厚度为500um。在环缝两侧各留200mm不涂漆。钢管外壁涂刷苛性钠水泥浆。（8）西龙池引水系统还安装一套钢管贴壁排水和岩壁排水。4结束语SUMITEN780钢板卷制、焊接等过程施工工艺复杂，注意做好钢材保管、划线、坡口加工、装配组圆、预热、焊接、后热、探伤检验等方面工作，施工工艺日臻完善，质量是有保障的。通过西龙池蓄能电站的实践证明，SUMITEN780钢的应用将会有着更广阔的前景。