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水電站壓力鋼管埋弧自動橫焊施工技術研究與運用

文檔作者：楊聯東秦俊蘭文檔來源：中國水利水電第三工程局有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年06月03日
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第39卷增刊
32 2016年11月
水電站機電技術
Mechanical＆Electrical Technique of Hydropower Station
V01．39 No．Sl
NOV．2016
水電站壓力鋼管埋弧自動橫焊施工技術研究與運用
楊聯東，秦俊蘭
(中國水利水電第三工程局有限公司，陜西安康725011)
摘要：針對水電站壓力鋼管施工特點，開發研制了適合水電用鋼的埋弧自動橫焊機，進行埋弧橫焊焊接工藝評定，
編制了Q345D、600 MPa級高強鋼焊接工藝規程，通過研制一種簡單實用的實驗性焊接裝置，對Q345D、600 MPa級
高強鋼焊接工藝進行了試驗研究，總結出水電站埋弧自動橫焊焊接工藝方法。實踐表明，埋弧自動橫焊技術具有很
大推廣價值。
關鍵詞：壓力鋼管；埋弧自動橫焊；埋弧自動焊機；高強鋼；焊接
中圖分類號：TV547．6 文獻標識碼：B 文章編號：1672—5387(2016)S1-0032—04
DOI：10．135990．enki．11-5130．2016．S1．011
0引言
目前，埋弧自動橫焊機目前在石油、石化、化工、
電力、冶金、核工業、海洋工程等領域已經得到廣泛
運用，如某大型原油低溫儲罐焊接、LNG低溫儲罐
焊接、10萬m，儲罐倒裝液壓提升系統內外橫縫自
動焊接、海洋儲油式鉆井平臺建造裝備等，都取得很
好的實踐效果，具有焊接效益高，焊縫成形美觀，操
作簡便等優點。
但是，埋弧自動橫焊機在水電行業并沒有得到
有效利用，其巨大潛力并沒有被挖掘，而埋弧自動
橫焊技術在其他領域已經得到廣泛運用。埋弧自動
橫焊機與手工電弧焊相比，最大效率相差30倍，工
作效率大大提高，制造安裝工期縮短；另外由于自
動橫焊機操作簡單，一道焊縫只需要兩三名操作人
員，可以在制造安裝中大幅度減小級別焊工數量，
由于壓力鋼管焊接量大，往往需要大量級別焊工，
僅此一項，就可以有效節約生產成本，經濟效益顯
著。
1工程概況
溧陽抽水蓄能電站，電站地處江蘇省溧陽市，電
站安裝6臺單機容量250 MW的可逆式水泵水輪發
電機組，總裝機容量1 500 MW，壓力鋼管總重約
2．05萬t，其中壓力鋼管最大直徑為9 200 mm，工程
量占到一半約9 000 t，針對溧陽大型鋼管制造安裝
中面臨單節重量大、鋼管翻身困難，我們進行仔細論
證，走訪多家設備生產廠，咨詢了多位焊接專家，最
后將埋弧自動橫焊機運用在制造安裝中，可以提高
工效、節約成本、縮短工期。
將埋弧自動橫焊機運用在施工中，收到良好效
果，從焊接工藝評定人手，研究了針對水電用鋼的焊
接工藝參數，并通過生產性驗證試驗，進一步論證了
焊接工藝，培訓了焊工技能，最后通過溧陽抽水蓄能
電站1號引水系統、2號引水系統部分鋼管橫焊實
踐，總結出Q345D材質、600 MPa級高強鋼材質的
焊接工藝和一套埋弧自動橫焊施工方法。
2水電站埋弧自動橫焊工藝原理及設備選型
2．1埋弧自動橫焊工藝原理
埋弧焊是以焊絲與焊件之間形成的電弧作為熱
源，以覆蓋在電弧周圍的顆粒狀焊劑及熔渣作為保
護介質，而實現的一種焊接方法。埋弧焊焊劑及熔化
后形成的熔渣，起著隔絕空氣，使焊縫金屬免受大氣
污染的作用，同時也具有改善焊縫性能的作用。
橫縫埋弧焊是普通埋弧自動焊的一種特殊形
式，用于焊接橫向水平直焊縫和橫向水平環焊縫，利
用較小的焊接電源、電弧電壓和高的焊接速度，獲得
在橫向上的焊縫成型。此機采用平特性焊接電源，等
速送絲方式，反接。其焊接原理同普通埋弧焊相同，
收稿日期：2016-08-11
作者簡介：楊聯東(1969一)，男，工程師，從事金屬結構及機電安裝工
作。
萬方數據
增刊楊聯東，等：水電站壓力鋼管埋弧自動橫焊施工技術研究與運用33
主要區別在于解決了熔化金屬和焊劑下淌的難題。
2．2埋弧自動橫焊工藝優點
1)生產率高。埋弧焊的焊絲伸出長度(從導電嘴
末端到電弧端部的焊絲長度)遠較手工電弧焊的焊
條短，一般在50 nlln左右，而且是光焊絲，不會因提
高電流而造成焊條藥皮發紅問題，即可使用較大的
電流(比手工焊大5～lO倍)，因此，熔深大，生產率較
高。對于20 him以下的對接焊可以不開坡13，不留
問隙，這就減少了填充金屬的數量。
2)焊縫質量高。對焊接熔池保護較完善，焊縫金
屬中雜質較少，只要焊接工藝選擇恰當，較易獲得穩
定高質量的焊縫。
3)勞動條件好。除了減輕手工操作的勞動強度
外，電弧弧光埋在焊劑層下，沒有弧光輻射，勞動條
件較好。埋弧自動焊至今仍然是工業生產中最常用
的一種焊接方法。適于批量較大，較厚較長的直線及
較大直徑的環形焊縫的焊接。廣泛應用于化工容器、
鍋爐、造船、橋梁等金屬結構的制造。
這種方法也有不足之處，如不及手工焊靈活，一
般只適合于水平位置或傾斜度不大的焊縫；工件邊
緣準備和裝配質量要求較高、費工時；由于是埋弧操
作，看不到熔池和焊縫形成過程，因此，必須嚴格控
制焊接規范。
2．3水電站埋弧自動橫焊機選型
AUTO SAHW—A水電壓力鋼管埋弧橫焊機是南
京奧特第四代自動焊產品，主要用于圓筒形立式圓
筒體的環縫橫向埋弧焊接。設備具有工作環境適應
面廣、焊接效率高、操作維護簡單的突出特點。該設
備可實現內外壁的橫焊縫焊接。
埋弧自動橫焊設備采用南京奧特電氣有限公
司生產的水電壓力鋼管埋弧橫焊機，型號為AUTO
SAHW—A，主要技術參數：
(1)適應直徑：8 In以上立式圓筒型儲罐或筒體；
(2)適應材質：低碳鋼、合金鋼、高強鋼；
(3)適用板厚：8～70mm；
(4)坡口形狀：V、X型坡口；
(5)適用位置：平面對接及搭接、內外角焊縫；
(6)適用焊絲：2．4 mm、3．2 mm、4．0 mm埋弧焊
絲，1．0mmx 1．0mm碎絲；
(7)焊接對接焊縫時，V型坡口經過手工焊或手
工氣體保護焊打底后，添加碎絲可一次焊接成型。
3水電站壓力鋼管埋弧自動橫焊焊接工藝評定
前期的焊接工藝評定研究就是主要解決焊接工
藝參數，包括焊接坡口形式、焊接材料與焊接設備的
配合、以及焊絲與焊劑的匹配、焊接溫度控制等問
題，為正式焊接提供必要的工藝保證。
由于溧陽引水系統9．2 m壓力鋼管主要有
Q345D和600 MPa級鋼，因此本項目焊接工藝評定
主要涉及Q345D和600 MPa級高強鋼兩種鋼材，鋼
材采用湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司生產的Q345D
鋼板、上海寶山鋼鐵有限公司生產的B610CF鋼板。
3．1 Q345D低合金鋼材質力學性能和工藝性能
湘鋼Q345D鋼板主要性能及工藝性能見表1。
裹1 0345D鋼板力學性能和工藝性能
沖擊試驗／J
噬圍襄蝴odMP腆a 8懈d％蒜纂篡效,羔kvs
1)化學成份、力學性能和工藝性能
寶鋼B610CF鋼板主要性能及工藝性能要求見
表2。蹬圍譬譽器焉壺
3．3創新焊接坡口設計
根據傳統的“帶鈍邊雙單邊Y形”坡口開展埋
弧自動橫焊焊接工藝評定，初始確定坡口夾角
0【=30 o，探傷出現未焊透和夾渣缺陷；增大坡口夾
角分別為p--45 o、7=60 o時仍會出現局部夾渣
缺陷。通過大量實驗，摒棄傳統坡口型式限制，創新
坡口型式。重新命名為“帶鈍邊非對稱K形坡口”，
改變原有對接坡口單邊直角型式，增加小角度坡口，
使焊接熔池表面的熔渣更容易排出，徹底解決了工
藝評定試板焊接夾渣缺陷。見下頁圖I、圖2。
萬方數據
水電站機電技術第39卷
<
圖1傳統坡口型式
圖2創新坡口型式
4水電站壓力鋼管埋弧自動橫焊生產性實驗
橫焊技術要直接在正式生產中運用，風險很大，
因此進行生產性驗證很有必要，針對埋弧自動橫焊
技術，要大量在生產中應用，必須培訓大批熟練操作
工人，如何兼顧焊接工藝評定以及操作人員培訓的
試驗裝置，本工程進行了創新研究。
本裝置開發具有結構簡單、通用性強、制作安裝
方便、成本低廉的優點，基本實現焊劑的100％回
收。本試驗工裝結構見圖3(曲面試板)。
曲面試板使用簡要說明：
①將兩支撐立柱機構3安裝在軌道5上；②曲
面模擬軌道2、曲面試板4分別安裝在兩個立柱3
上固定；③將橫焊機行走機構1—1懸掛在試驗裝置
軌道2上；④調整橫焊機支撐滾輪機構沿試板4上
可以進行滾動；⑤焊劑回收機構分別位于橫焊機的
左右兩側，11、12、13、14均為限位裝置；⑥依次進行
曲面試板的正逢、背縫焊接。
本裝置直面試原理基本與曲面相同，只是立柱
間距縮短。
圖3多功能生產性試驗裝置簡圖(曲面試板)
5水電站壓力鋼管埋弧自動橫焊生產實踐
5．1埋弧自動橫焊施工工藝流程
埋弧自動橫焊施工工藝流程見圖4。
施T技術準備卜_叫材料準備卜叫焊接工藝評定H生產性試驗
工
鋼管大節拼裝H鋼管單節制作卜．一鋼管卷制H鋼管下辯
上
定位焊焊接
上
橫焊機安裝調試
上
內縫橫焊焊接H打底層焊卜_叫中間層焊卜．一蓋面層焊接
上
背縫清根打磨H 橫焊機吊裝移位
0
背縫橫焊焊接H打底層焊L一中間層焊L_一蓋面層焊接
l
焊縫探傷檢查
圖4埋弧自動橫焊施工工藝流程
5．2埋弧自動橫焊焊接工藝參數
通過大量現場試驗，確定壓力鋼管焊接工藝參
數如表3。
表3壓力鋼管焊接工藝參數
焊道／焊接
焊層方法
填充材料焊接電流電弧焊接
牌號直徑極性
電／A流電／V壓／c速m／度min
線能量
，kJ／cm
qb4．0直流380-420 29-31 35—45 14 7-22．3
CHW—S中4．0直流430～480 29～32 40～50 14．9。13．0
；嗇贏姒。直流400～450 26～28 35~45 13．9~21-6
焊劑qb4．0直流460～550 30～32 40～75 11·1～26·4
qb4．0宦流470～550 30～32 45。75 1 1．3～23．4
5．3采用埋弧自動橫焊技術與手工焊條焊質量對比
根據對課題管節采用埋弧自動橫焊技術試驗研
究的一次探傷合格率與其他采用手工焊條焊的管節
探傷一次合格率比較，可以看出，采用本課題埋弧自
動橫焊技術，一次合格率高出一個多百分點，焊接質
量外形美觀、生產率高，見下頁表4。
(下轉第50頁)
W
W
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A
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昏6
萬方數據
50 水電站機電技術第39卷
圖6單面Y型坡口
圖7 Y型坡口
這幾種焊接方式有個共同點，就是一塊板材水
(上接第34頁)
表4埋弧自動橫焊技術與其他焊接方法質量對比
?。。懋致焉囂囂淼!曩黧管節號材質一次合格率7％革；i瑟蕩””1車均備忌?。
UT TOFD UT TOFD UT TOFD
lYl05—106
B610CF
loo 99‘’
1 100 99．．8855 9999．．4 98．．22
2Y131一132 100 100
lY64—65
Q345D
100 100
100 99．8 99．6 98．35
2Y77-78 100 99．6
6實施效果
中國水利水電第三工程局有限公司采用埋弧自
動橫焊技術，于2013年11月至2015年10月在江
蘇抽水蓄能電站地下廠房工程1號、2號引水系統
上平段、豎井段部分壓力鋼管施工中得到應用，采用
埋弧自動橫焊技術施工費用與原手工焊條焊接施工
方法費用比較，需要焊工少、電費消耗小。以9．2m直徑
單個管節計算，可以節省費用約6700元，埋弧自動橫
焊綜合單件：平均305元／m，埋手工焊條焊綜合單
件：平均537元／m，兩個分部工程約1萬m焊縫計
算，可以節省資金約232萬元。另外，獨立設計研制
了一種新型試驗裝置，具有焊接工藝評定、生產性試
平放置在地面上，另一塊板材豎直焊接。豎直焊接的
那一塊板材，最好是能固定下來，然后進行焊接。如
果不固定而是人員扶持的話，板材間隙就不容易控
制。
所有的坡口都是為了讓需要焊接的兩塊板材或
者鋼管更好的融合。所以在選擇破口的時候要注意
以下幾條：
1)要盡量減少焊縫內金屬的填充量；
2)要確保能夠焊透并且避免產生裂紋；
3)盡量減小焊接變形；
4)方便焊接；
5)提高工作效率。
3結束語
魯地拉水電站的機組比較大，中低壓氣系統、強
迫補氣系統、油系統均使用的是不銹鋼無縫鋼管，不
銹鋼焊接工作量較大。但通過實施正確焊接工藝和
對焊接過程中細節問題的控制，較好完成了焊接工
作，為水電站各系統的成功安裝奠定了基礎。
驗、焊工培訓三種功能，節省費用約56萬元，合計節
省資金約288萬元，經濟效益顯著。
采用埋弧焊接的鋼管，優良率達到100％，遠高于
其他壓力鋼管平均優良率975％的水平，TOFD探傷一
次合格率平均達到99．6％，高于其他鋼管平均983％的
水平。
7結語
溧陽首次將埋弧自動橫焊技術在國內水電站壓
力鋼管施工中運用，創新設計了一種生產陛試驗裝
置，具有焊接工藝評定、生產性試驗驗證、焊工培訓
多種功能，大大節省施工成本。研究總結出了成熟的
埋弧自動橫焊施工工法，該工法具有施工效率高、焊
接質量穩定、縮短工期、現場文明施工條件改善等優
點，對水電站大型壓力鋼管制作安裝，提供了新的先
進工藝。
埋弧自動橫焊技術具有焊接質量穩定、一次探
傷合格率高、現場文明施工得到顯著改善等優點，在
行業推廣后，對于工程提高功效、縮短工期、降低成
本意義重大。

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