摘要：三峡1～6#机无伸缩节的压力钢管，最后一条合拢焊缝是高强调质钢厚板在强约束条件下的焊接，技术难度很大。但经过试验研究制定出合理的焊接工艺，施工前准备工作充分，现场严格按工艺执行。实践证明，合拢缝采用对接式接头是可行的。 [本文共有 2 页，当前是第 1 页] <<上一页 下一页>>
关键词：压力钢管；合拢缝；焊接；三峡工程
1、概述
1.1压力钢管布置
三峡水利枢纽电站坝后式厂房压力钢管直径12.4m，由上至下分为上斜段、上弯段、斜直段、下弯段、下平段和厂内段，长122.797m。下平段和厂内段按明管设计，其中左厂7-14#压力钢管下平段布置有伸缩节；1-6#压力钢管取消了伸缩节，用10m长垫层管来适应厂坝间的钢管位移，此处钢管按弹性垫层管设计。为了使下弯段与下平段间受力明确，在弹性垫层管上游端设置了三道止推环，经10m弹性垫层管及1.22m延伸段钢管与蜗壳进口端连接。本文主要讨论1～6#机无伸缩节压力钢管最后一条合拢焊缝的焊接。
1.2凑合节安装的施工难点
无伸缩节压力钢管与蜗壳焊接合拢时，蜗壳外围的混凝土和通过主厂房上游墙内穿墙管的外围混凝土均已浇筑完成，合拢焊缝是在强约束条件下施焊。众所周知，高强调质钢厚板的强约束焊接技术难度很大，会产生很大的焊接应力和变形，曾有个别工程出现裂缝和座环混凝土拉裂的问题。
为此，如何借鉴已建工程的成功经验，解决三峡压力钢管凑合节合龙焊缝焊接问题，选择适宜的焊缝形式和确定正确的焊接工艺，将是三峡压力钢管施工成功的关键技术之一。
鉴于上述原因，1～6#压力钢管凑合节合拢焊缝在正式施工前，三峡总公司特委托水电八局三峡机电制造安装项目部模拟现场焊接工况，进行焊接试验和研究，为合拢焊缝接头选型提供依据，同时拟定出切实可行的焊接施工工艺。
1.3凑合节钢管的材质
蜗壳打压，割除焊缝热影响区后钢管合拢段总长2700mm。合拢段由两个管节组成，其中标准管节长1800mm，凑合节长900mm。钢管管壁材质为NK-HITEN610U2，厚度60mm，系高强度调质钢，其化学成份及机械物理性能指标见表1。
2、焊接试验
2.1试验内容
本试验为了模拟施工工况，在厚板中间开窗口，两侧加筋板，将试板两端焊在窗口上，分别进行搭接与对接两种接头形式试验，试板布局示意图见图1、图2。
试验过程中测定试板焊接过程产生的拘束应力。焊后测量焊缝的残余应力，利用超声波及射线探伤来判断焊缝是否产生裂纹。对焊接接头的机械性能分两种情况处理：对接接头用常规试验（拉伸、弯曲、冲击、硬度）进行检验，搭接接头通过疲劳试验进行检验。为了对搭接接头性能有较为全面的了解，本试验对不同参数的角焊缝焊趾及焊根的应力集中系数进行有限元分析计算。
2.2对接试验
2.2.1试板焊接
所有试验用板材是NK-HITEN610U2，焊接材料为MK.J607RH，规格为3.2，4.0，对接试板总长2000mm，宽560mm，厚度为56mm；3组试板分3种坡口间隙，分别是10mm、6mm、3mm。对接试板坡口形式见图3，焊接主要参数见表2。
G-1试板全部采用3.2的焊条焊完，由于试板间隙大，焊接时先采用沿坡口侧壁全面堆焊，然后采用多层多道焊接。G-2、G-3试板焊接时，正反面前三层及盖面采用3.2的焊条，其余用4.0的焊条焊成，3.2的焊条焊接电流为95～140A，4.0的焊条使用焊接电流为160～195A。3副试板均进行150～180℃×2h后热处理。焊接顺序是焊完大坡口侧60%左右，背面清根，焊完背面再焊大坡口侧。
2.2.2试验结果分析
对接试验主要数据归纳见表3。
①在试验过程中焊缝没有拉裂，经UT和RT检验焊缝质量合格；
②解除约束后焊缝的自由收缩量为2.73mm；
③间隙10mm的对接试件比3mm、6mm试件拘束应力有明显增加，间隙6mm和3mm试件拘束应力差别不明显。
④焊缝本应收缩4.9mm左右，但在拘束的条件下：①因刚性较大，窗口承担了0.63mm的拉伸变形，变形很小，意味着基本上对座环影响不大；②试板承担了（2.73~0.63）mm拉伸变形。
⑤试验表明拘束应力及变形均在弹性范围内。而实际钢管的相对自由段总长为10m，远大于试板长度，由此可判定实际钢管的拘束应力远小于试验条件下的拘束应力。
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