2、科研项目成果总结报告

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1、790MPa级高强钢压力钢管制造安装及焊接施工技术研究（ResearchonFabrication-InstallationandWeldingConstructionTechnologyof790MPaGradeHighStrengthSteelUsedinPressurePipes）科研项目成果总结报告中国水利水电第三工程局二00七年十一月二十日批准：付元初审核：张育林姬脉兴周林编写：周林盛连才15/11-2007二00七年十一月21、立项背景引水式电站是水利发电的一种重要形式。抽水蓄能电站在我国近年来发展较快，输水系统是抽水蓄能电站枢纽的重要

2、组成部分，输水系统的引水道有竖井和斜井两种形式，斜井与竖井相比，斜井水道长度短，水利过流条件好，具有节省投资，能提高电站效率等优点，但斜井的施工难度大，施工技术要求比竖井复杂，特别是大坡度超长斜井是近年来水电行业科技攻关的难点之一。2003年8月我局投标中标山西西龙池抽水蓄能电站引水系统土建及钢管制安工程标。该工程的输水系统采用一管两机布置，系统有二条输水隧洞，单线最长1859.28m，钢管安装高差690.3m，正常发电水头640m，最高发电水头694.5m，最低发电水头620m，引水1#洞和2#洞分别为1448.33m和1431.18m，单线引水

3、斜井长756.59m,其中上斜井长515.474m，坡度56度，下斜井长241.9m，坡度60度，最大开挖洞径5.9m，最小开挖洞径4.82m，开挖断面为马蹄。在引水隧洞内，均安装有压力钢管，西龙池抽水蓄能电站是国家重点能源建设项目。引水压力钢管是水电站重要的组成部分，是连接水库和机组的纽带，具有较大的内水压力和外水压力。特别是抽水蓄能电站的引水压力钢管，由于机组不断地在发电与电动工况下变动，钢管承受的水压载荷也是交变的。西龙池抽水蓄能电站的引水钢管的H·D是全国最大的钢管，在世界上也为数不多。其设计的H·D值达3553m·m（岔管处的H·D值达4

4、162m·m）。设计采用了SUMITEN510-TMC、SUMITEN610-TMC控3轧和SUMITEN780调质三种钢板制造引水压力钢管。钢板的厚度δ=16～60mm不等，共有27个规格。我局虽有多个高强钢及调质钢焊接的成功先例，但其均是600MPa级的钢材，800MPa级的调质钢我局还是首次施焊。但技术的发展不等人，高强钢板在水电站的钢管中的应用却会越来越广泛。针对上述超长斜井运输、大量高强钢的使用的具体情况，对如何解决好该电站输水系统大坡度超长斜井洞内及空间弯管的管节运输难题，保证在高难度运输条件下的安全；厚板高强钢焊接残余应力分部情况的了

5、解和控制；如何提高钢管制造、安装、焊接的自动化水平，达到任意位置（全位置）自动焊且无需辅助气体的目的，是施工安全、工程安全运行及工期保证的关键。如上述预期全部达到，开发出一套合理可行的大口径无导轨自保护全位置自动焊的焊接设备，研究总结一套适合长斜井大坡度及空间弯管钢管管节运输的施工工艺，总结出一套高强钢智能化机器人无导轨自保护全位置自动焊的焊接工艺规程，全面了解高强钢厚板焊接残余应力的分布规律，对提高我国水电系统斜井钢管技术水平，降低输水系统投资，提高电站安全运行的可靠性，降低事故率，有着重要意义。高强钢智能化机器人无导轨自保护全位置自动焊的焊接设

6、备及焊接工艺，它不仅仅用于水电站的压力钢管安装，它在石油化工、造船、长输油气管线、市政等大口径的现场安装中具有更为广泛的应用。在提高劳动生产率的同时，真正体现以人为本，降低工人劳动强度，改善劳动条件。2、科研项目的主要难点及研究内容42.1、钢管制造安装的半自动焊和自动焊焊接方法水电站压力钢管安装的焊接，到现在为止，国内外均采用焊条电弧焊和少量的CO2气体保护焊，特别是材料为570MPa级以上的钢管安装，国内外全部采用的是焊条电弧焊，劳动强度大、效率低、质量受焊工操作技能水平和精神状态影响大，质量不稳定。而实现全位置自动焊的主要难点在于：1）大口径

7、钢管焊接接头对装后坡口间隙偏差很难满足埋弧焊的要求。如果将管口按精密机加工的要求进行加工，其工程成本将急剧上升，经济上不合理，并且安装的焊接接头，存在有不可改变仰焊焊接位置，故仍不能采用埋弧自动焊。2）如采用气体保护焊，已经有单位进行了全位置的自动焊，由于受焊接材料、焊接热影响区的影响，最大用到620MPa级的热轧钢或控轧钢钢板的焊接，在调质钢上的焊接试验全部失败。如采用双保护焊进行焊接，焊接材料本身可起到部分掺合金的作用，但仍然存在热影响区扩大，材料组织性能改变的影响，故在重要的构件中很少使用。无论是采用气保护焊或是双保护焊，都同时存在有需要保护

8、气体等辅助材料。常用的保护气体有Ar气，CO2气，Ar+CO2混合气体，无论采用何种气体保护，均存在以下缺点：第一、气体的