摘要：三峡水利枢纽二期工程金属结构总重147100t，其中水轮机蜗壳9 800t。蜗壳制造厂家分别为ALS—TOM和VGS公司，蜗壳除凑合节外均为“C”形节供货，进口最大直径12.4m，板厚28～67mm。现场安装的二类以上焊缝总长度超过12 600m，耗用焊条超过185t。蜗壳母材选用NKK公司的NK—HITEN610U2调质钢。属于60kg/mn2级高强钢，焊材选用自贡“大西洋”CHE62CFLH焊条和宜昌“猴王”MK·J607RH焊条。蜗壳现场焊接工艺控制严格，质量要求高，首批发电的1＃～6＃机组段的焊接达到了设计要求。

关键词：蜗壳现场焊接；水轮机；三峡工程

三峡水利枢纽二期工程左岸厂房14台机组均采用金属蜗壳与压力钢管连接。蜗壳除凑合节外均为“C”形节供货，进口最大直径12.4m，板厚28～67mm。ALSTOM机组蜗壳共分为4个安装凑合节，VGS机组共分为两个安装凑合节。经过制造承包商的焊接工艺评定试验。蜗壳钢材采用门本NKK公司生产的NK—HITEN610U2调质钢，属60kg/mm2级高强钢，焊材选用自贡“大西洋”CHE62CFLH焊条和宜昌“猴王”MK·J607RH焊条。现场安装的二类以上焊缝总长度超过12 600m，耗用焊条超过185t。在焊接过程中，所有焊缝均需焊前预热，焊后消氢处理。焊接时采用电脑温控仪配履带式加热垫加热。所有二类以上焊缝均采用200％～400％的PT或MT探伤，200％的UT探伤，30％的RT探伤。RT探伤采用“V”射线，左岸14台机RT射线底片数量超过19 600张。焊接伞过程均按照ASME标准及制造厂家提供的WPS执行。经过1#～10#机组段的蜗壳施工，UT探伤一次验收合格率均达到99.31％ 以上，蜗壳总体焊缝质量优良。

1 性能良好的母材与焊材是焊缝质量保证的基础

三峡工程水轮机蜗壳选取了国内外生产的5种钢材进行了大量的工艺性能试验，测试其焊接性、抗裂性、韧性和强度等综合性能指标，最终优选日本NKK公司生产的NK—HITEN610U2钢，该钢材属60kg/mm2级高强钢，为凋质状态供货，强度指标高，冲占韧性好。

通过测算，其碳当量指标为0.386％。焊接冷裂纹敏感指数为0.204％，且经过焊接忭试验。该钢材淬硬倾向小，焊接性优良，在施焊过程中可适当预热，尤其对中厚板焊接时更显优越性。总之，该钢材具有优良的综合机械性能。

在确定了钢材后，又据此按ASME标准选取了9种焊条进行工艺试验，通过分析，应当与母材匹配选用超低氢焊条。并最终优选自贡“大西洋”CHE62CFLH焊条和宜昌“猴王”MK·J607RH焊条。两种焊条的扩散氢含量符合指标要求，强度与母材匹配，硫、磷含量低，具有较好的抗裂性能和机械性能。

总之，经过试验优选的钢材和焊材综合性能优良。为保证蜗壳安装优良的焊接质量奠定丁可靠的保障。

2 蜗壳现场焊接工艺控制的几个方面

蜗壳现场焊接由于其施工条件相对恶劣和复杂，质量控制较制造尤为困难。 目前国内外仍然广泛地采用于工电弧焊接(SMAW)，三峡工程也不例外。手工电弧焊接在设备性能和组装质量得到保障的前提下，其质量控制主要依靠焊接工艺控制和施工人员的熟练程度两个方面。本文主要针对焊接工艺的控制谈谈笔者的感受。

2.1 焊接过程中的主要控制指标

三峡工程蜗壳的焊接工艺主要有以下儿个重点控制项目：线能量指标、预热和后热温度指标、焊接分层分道控制等。

2.2 焊接工艺控制措施

2.2.1 焊接热输入指标控制

热输入是熔焊日寸由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量，又称为线能量。

在焊接低合金钢和不锈钢等钢种时，线能量必须有所限制。当线能量太大时，焊缝热影响区内易产生魏氏组织，致使接头性能(如冲击韧性等)不合格；线能量过小，焊缝热影响区可能会出现淬硬组织，造成焊缝裂纹。

由于三峡蜗壳钢材选用调质状态供货的低合金高强钢(60kg/mm2),热影响区特别是过热区的组织状态不能受到严重破坏，故对焊接线能量要有限制。经对该钢材焊接工艺试验。线能量以控制在16～40kJ/Cm。为宜。在施工过程中，控制线能量指标的最直接方法是控制焊接速度。在施工过程中，我们通过测定每根焊条的施焊时间来进行计算。线能量的计算公式：

如当使用直径为φ4.0mm的焊条施焊时，焊接电流为160A，电弧电压为22V，每根焊条的焊接时间为50s，则：

在生产实践中，我们总结出控制焊接线能量的经验是：尽量减少焊条的横向摆动幅度。按国内目前的标准摆动幅度应不大于3倍焊条直径，实际为保主证线能量指标，焊条摆动幅度应不大于1.5～2.0倍焊条直径为好。

2.2.2 坡口型式、对称施焊及焊缝的分层分道

对于中厚钢板焊接，坡U型式的选择尤为重要。对于要求焊透的对接焊缝，一般选择对称或不对称“X”坡口，且在施焊时须采用多层多道焊接(图1)。多层多道焊接头的显微组织较细，热影响区窄，接头的延性和韧性都比较好。对于易淬火钢，后焊道对前焊道起到退火作用，可改善接头的组织和性能。蜗壳环缝焊接时，根据焊缝长度对称分为4、6或8段同时施焊，每名焊工施焊的范围也应采用分段倒退焊法，每段长度以300～500mm为宜。

2.2.3 焊接过程的预热及后热控制

根据前述钢材原因，在施焊时宜采用预热、后热措施。预热可以减少接头焊后冷却速度，减少焊接应力及变形。避免产生淬硬组织，预热是防止产生裂纹的有效措施。预热温度需适当，过高的预热温度对某些钢种会造成接头韧性和延性不合格；后热与焊后热处理是两个不同的概念。后热的温度 较低，目的是避免形成硬脆组织，以及使扩散氢逸出焊缝表面防止裂纹产生。焊后热处理的温度较高，目的是改善焊接接头的显微应力或消除焊接应力而进行的热处理。

三峡机组蜗壳焊接要求对焊缝进行预热、后热，我们采用局部加热的方法。焊缝预热、后热采用电脑温控仪控制配磁钢式履带加热垫，温度测试采用点温计并配远红外测温枪。预热温度为110～130℃，焊接完成后立即升温至200℃，保温2 h后缓慢降至常温。

2.2.4 焊接打磨控制

在焊接施工中，外方代表对于焊接过程的打磨非常重视，包括焊前打磨、焊缝层间打磨和背缝采用碳弧气刨清根后的打磨。对于中厚板焊接，在焊缝正缝焊接完成后，背缝需米用 碳弧气刨清根，这时在背缝清根后的母材表面由于高温作用产生了一层厚度约2mm的渗碳层，具有很高的淬硬倾向，如果不将其彻底磨除，而是直接进行背缝施焊，则这部分焊缝填充金属的机械性能的硬度提高、韧性下降，很容易留下隐患。

清除隐患的最直接办法就是彻底将其磨除，并进行背缝MT或PT检查，然后再进行背缝施焊。实际上这是过程质量控制的—个环节，只有将焊接中的每道工序都严格控制，才能生产出最终的合格产品。

2.3 焊接中容易出现的缺陷分析

三峡左岸厂房首批发电的机组蜗壳至今已全部焊接完成，按ASME标准经过探伤检测(包括MT、PT、UT和RT)，4#、5#机焊缝—次验收合格率分别达到99.36％、99.31％。以5#机为例，在蜗壳焊接产生的缺陷中，夹渣和间断夹渣所占比例最大，达92％；其次为气孔，占7％；其它如裂纹、未熔合等缺陷，占1％。焊缝缺陷统计出来后，对其产生原因进行分析并提出纠正措施，见表2。由表2可以看出，最大缺陷夹渣的产生可归纳为6种原因，经对照分析，其中4种原因为主观因素造成，而且是导致夹渣和间断夹渣产生的主要原因，因此有针对性地采取纠正措施，如加强焊工对于焊条的掌握、控制线能量的练习和成立专职打磨人员等。通过以上方式的分析，将纠正措施用于6#机蜗壳焊接，焊缝检验一次验收合格率达到99.8％以上。

作者简介：徐绍波，中国水电七局机电安装分局副总工兼结构厂厂长，工程师，中国焊接协会理事。