科技创新带来施工飞跃

            ――来自葛洲坝集团机电建设有限公司的调查报告
                □ 本报记者 于翔汉

记者前言
　　长期以来，在我国水电站压力钢管制作安装工程中，因施工场地、技术难点等因素的影响，一直采用传统、简单、繁重的手工电弧焊。手工电弧焊生产率低、劳动强度大、劳动条件差，其焊接质量往往取决于焊接工人的操作技术。
　　三峡工程２６条引水压力钢管的制作安装，具有规模大、尺寸大、技术难度大、质量要求高等特点。这些特点决定了传统的手工电弧焊已远远不能适应工程建设的需要。
　　１９９６年，中国葛洲坝集团机电建设有限公司，启动了在压力钢管制作安装中采用全位置自动焊的研究和应用工作。８年过去了，这一研究成果得以在三峡工地推广应用，填补了我国水电建设技术的又一项空白。
　　显然，在三峡工程１０年的建设历程中，科技创新作为工程建设的主旋律，不仅使施工技术产生飞跃，而且无时无刻不在影响着人们的观念变化、思维及行为方式。
　　２００３年１１月１０日，三峡左岸１１号机组压力钢管安装现场。我国水电站大型压力钢管实现全位置自动焊接技术现场观摩会在此举行。当自动焊接小车在预先辅设的轨道上走完它的焊接行程、一条成型美观的焊缝呈现在人们的面前时，不易激动的专家们情不自禁地鼓掌庆贺。
　　现场的专家们一致认为：三峡压力钢管全位置自动焊接技术的研究与应用成功，填补了我国水电建设技术的又一项空白，为三峡右岸压力钢管制造安装及我国即将兴建和正在兴建的其它水电站的压力钢管制造安装提供了有力的技术支持。与此同时，也为我国大型重要钢结构制造安装全位置自动焊接，提供了可资借鉴的经验，具有很高的推广和应用价值。
　　为了这一天的到来，负责此项科技攻关项目研究、开发的葛洲坝集团机电建设有限公司的科技人员，付出了艰辛的努力。
  众目关注的三峡工程压力钢管制造安装工程
　　三峡工程左、右岸电站计划安装２６台单机容量为７０万千瓦的水轮发电机组。其中，左岸电站厂房共布置１４台采用单机单管供水的机组。
　　三峡大坝每台机组的压力钢管，主要由坝内埋管段、坝外背管段及电厂内明管段组成。钢管内径为１２．４米，最大设计水头为１７５米，钢管的设计特征值为２１７０平方米，这在世界上建成的同类型电站背管中是最大的。科
  三峡机组每条压力钢管的制作安装工程量为１４５４．５９１吨，２６条压力钢管制作安装总工程量为 ３７８１９．３６６吨。
　　三峡机组每条压力钢管纵缝总长度约３８０米，环缝总长度约２７５０米，加劲环及阻水环等的角焊缝总长度约３８８０米。这就是说，每条压力钢管的累计焊缝长度约为７０１０米。
　　三峡压力钢管在国内外水电站同类型压力钢管中，无论是管径还是设计水头，都是最大的。背管采用钢衬、钢筋混凝土联合受力的设计方案，使得对施工技术的要求大大超过了国家现有的有关标准和规范的水平。
　　规模巨大、技术要求高、施工难度大、工期要求紧等，是三峡机组压力钢管制作安装工程的显著特点。正因为如此，三峡机组压力钢管的制作安装工程，从一开始，就引起了国内外同业人士及社会各界的广泛关注。
科技创新使全位置自动焊走到前台
　　长期以来，我国水电站压力钢管制作安装，一直采用传统、简单而繁重的手工电弧焊。手工焊生产率低，焊接质量取决于人工操作技术，且劳动强度大、劳动条件差。
　　三峡工程２６条引水压力钢管制造安装的特点，决定了在三峡工程压力钢管制作安装中必须摒弃一直占主导地位的传统手工焊技术，以新的焊接技术取而代之。有人算过这样一笔账：三峡机组每条压力钢管的累计焊缝长度约为７０１０米，如果将２０名工人分成三个班不停地焊接，完成焊接和安装一条钢管，就需要３５０天左右。而这仅是理论上的一种假设，实际上因各种因素的制约，需要的时间远远大于这种假设。
　　正是出此考虑，中国三峡总公司在三峡机组压力钢管制作安装的标书中，明确要求承包者在压力钢管制作时，要采用先进的焊接设备和焊接工艺。显然，这条要求对施工单位的技术水平是一次严峻的考验。
　　１９９６年，有着４０多年金属结构制作安装经验的葛洲坝集团机电建设有限公司，审时度势，在国内水工建筑业率先研究全位置自动焊接技术，并将这一研究成果应用于三峡工程压力钢管制作安装，作为所追求的既定目标。为支持这一关系三峡工程能否顺利进行的科研项目的开展，原国电公司和葛洲坝集团分别出资５０万元作为研究经费。
　　所谓压力钢管全位置自动焊，就是采用机械施焊取代人工焊接的一种方式。在施焊过程中，焊接小车要沿着预先辅设在焊缝的轨道上自动行走。与此同时，焊丝要自动输送并随时调整其输送速度和摆动幅度，从而达到对工件施焊的目的。在这一过程中，必须解决焊丝的熔滴过渡形式，从而保证全位置焊接的焊缝成型质量。
　　在我国造船、石化等行业的焊接工程中，工件大多在工场内焊接完成。而水电建设 的焊接工程，大都是在施工现场完成。特别是在现场拼装压力钢管时，由于焊缝对装质量差、施工环境恶劣，这就对各种位置的焊接规范自动调整等一系列自动控制技术提出了更高的要求。如果不能实现这些要求，就很难满足自动化焊接施工的要求。
　　具体到三峡工程引水压力钢管，在制造安装中要实现全位置自动焊接技术，因其是大直径、厚壁压力钢管，所以全面应用有一定的技术难度。归结起来，这些技术难题主要有：
　　大直径厚壁压力钢管的安装环缝组装难以达到均匀一致的高精度，这就要求全位置自动焊设备能根据坡口尺寸及偏差自动调整有关工艺参数，以降低或消除不均匀参数对焊接质量的影响；
　　焊缝空间位置不断变化，要求焊接系统能根据焊炬所在位置自动及时调整焊接工艺参数，实现各处焊接成型基本一致；
　　要实现坡口尺寸、焊接熔池形状、焊接规范参数实时调节三者匹配，保证焊缝质量，其自动控制技术难度较大。要解决全位置自动焊技术上普遍存在的仰焊位焊缝成型不良的技术难点问题。
 “四个阶段”引来全位置自动焊这只金凤凰
　　一直致力于三峡压力钢管全位置自动焊研究工作的葛洲坝集团机电建设有限公司焊接试验室主任雷家琦，将全位置自动焊的研究开发归结为“四个阶段”。第一阶段为１９９６年至２００１年，这一阶段为基础研究阶段。在此阶段，根据三峡工程的实际情况，研制并确定采用实芯焊丝、脉冲电源、富氩气保护，即８０％的氩气加２０％的二氧化碳气体保护的全位置自动焊焊接方法。
　　１９９９年１２月１４日，中国三峡总公司工程建设部在三峡工地主持召开了压力钢管制造安装中采用自动焊专题会议。会议认为：压力钢管采用自动焊、半自动焊，有利于保证焊缝质量，提高工效，确保施工工期。在钢管制造厂内，钢管的纵缝、加筋环（止推环、止水环）的角焊缝以及两节钢管的对接环缝均可采用半刚性轨道爬行自动焊接设备进行气体保护焊或药芯自保焊。对于安装环缝，采用半自动药芯自保焊是完全可行的，但由于施工现场条件限制，建议安装环缝焊接以半自动焊为主，手工焊为辅。这是对葛洲坝集团机电建设有限公司历时四年对三峡工程压力钢管全位置自动焊研究工作的肯定。
　　２０００年５月１１日至１２日，在三峡工程建设管理中心召开了三峡工程压力钢管焊接技术专家咨询会，会议邀请了潘际銮院士等国内知名焊接专家，参加了此次专家咨询会。与会专家对气体保护自动、半自动焊试验情况给予充分肯定。根据三峡工程现场实际情 况，与会专家认为：自动、半自动气体保护焊工艺，是焊接方法的技术进步，在保证质量提高工效方面具有先进性，在凡是有条件的情况下应当积极推广应用；在工程中推广一种先进工艺要从质量、效率、成本和劳动条件等四个方面综合考虑，不宜强求一律。从发展观点看，三峡工程金属结构体积庞大，有很多在工地施工的全位置焊接，因此建议应该努力采用或开发研究全位置智能型自动弧焊机。
　　２０００年５月，湖北兴山古洞口水电站压力钢管全部在洞内完成安装、焊接，焊接环境恶劣。为对三峡压力钢管全位置自动焊的实施作必要的技术应用实践验证，在作了充分的准备后，对该电站压力钢管成功实现了两条现场安装环缝的全位置自动焊接，取得令人满意的结果。
　　第一阶段的工作可以说是艰苦、扎实而卓有成效的。这一阶段成功的理论研究和生产实践，为以后三个阶段的进一步研究和应用，打下了坚实的理论、技术乃至决策基础。
　　２００１年６月至９月，为整个研究开发的第二阶段。这一阶段解决了三峡压力钢管全位置自动焊立焊的所有技术问题，并将研究成果迅速应用于生产实践。
　　２００１年９月至２００２年初，为整个研究开发的第三阶段。这一阶段解决了三峡压力钢管加劲环平角焊的所有技术问题，并将研究成果迅速应用于生产实践。
　　２００２年至２００３年１０月，为整个研究开发的第四阶段。这一阶段解决了三峡压力钢管的横焊及仰焊的所有技术问题，并将研究成果迅速应用于生产实践。
　　２００３年１１月１０日，葛洲坝集团机电建设有限公司在三峡左岸１１号机组压力钢管安装现场主办了“水电站大型压力钢管首次成功实现全位置自动焊接技术现场观摩会”。至此，历时８年的三峡压力钢管全位置自动焊制造安装技术研究开发，成功地走上了大范围应用和推广的道路。
一次观念的洗礼 一次施工的飞跃
　　由葛洲坝集团机电建设有限公司承担的三峡１１号至１４号机组压力钢管制造管节纵缝立焊全部采用自动焊技术。该工艺焊缝外观成型非常整齐美观，无损检测一次合格率达９９％以上，其外观与内在质量均满足招标文件及设计有关技术标准的要求，明显优于传统的手工电弧焊的焊接质量。
　　全位置自动焊焊接工艺具有焊缝外观成型整齐、美观、内部焊接质量优良可靠，减轻了施工人员的劳动强度，生产效率比手工电弧焊提高３倍的特点。但是在确保了产品质量的同时，它所产生的经济和社会效益如何呢？如果在不考虑自动焊设备费用及应用自动焊所必需的额？ 馔度氲奶跫?下，让我们把它与传统的手工焊作一个比较吧。
　　以纵缝立焊板，即钢板厚度为３４毫米的单节钢管焊接为例：
　　自动焊消耗焊丝２４．７５公斤；手工焊消耗焊条４４．２公斤。自动焊需要３个工日；手工焊需要９个工日。自动焊每节钢管需要成本为２８８．７１元；手工焊需成本４５５．１０元。在左厂１１号机组至１４号机组压力钢管中，节约成本４．５万元，自动焊是手工焊的成本的６３．４％。
　　以钢管一个加劲环平角焊接为例：
　　自动焊消耗焊丝２７．１２公斤；手工焊消耗焊条４５．２公斤。自动焊需１．５个工日；手工焊需１０个工日。每节钢管自动焊所需成本２６６．７４元；手工焊需４７４．８８元。在左厂１１号至１４号坝段钢管加劲环焊接节约成本６．０８万元，自动焊是手工焊的成本的５６．１％。
　　显然，全位置自动焊无论是在质量、效率、成本，还是在劳动环境及强度等方面，都有传统手工焊所无可比拟的优越性。正像专家所说：全位置自动焊在三峡压力钢管上的成功研究开发及应用，是压力钢管制作安装施工技术上的一次飞跃。
　　然而，为了实现这一飞跃，葛洲坝集团机电建设有限公司经历了怎样的思想观念洗礼？
　　在全位置自动焊接研究开发和应用过程中，来自各方各种各样的反对意见一直相伴。
　　有人担心：三峡工程压力钢管制造安装规模巨大、技术复杂、质量要求高，施工过程不可以出一丝一毫的差错。而全位置自动焊接技术在国内属于尚未开发的新领域，抛弃所熟悉的手工焊而采用不熟悉的全位置自动焊，在技术上是否可行？能否保证三峡工程一流质量标准的要求？一旦研究失败，是否会耽误工期？如果这些问题不解决，因此产生的经济、法律乃至政治风险由谁来承担？
　　而来自施工层的压力也很大。以往，一般的焊接工艺，普通的焊接工人就已掌握。现在实施全位置自动焊，传统的作法行不通了。即使是技术再高的焊工，也要进行重新培训才能上岗。让这些有过赫赫战功的焊工改变多年形成习惯，其难度可想而知。
　　正是因为有这些不同的看法和意见，才使得葛洲坝集团机电建设有限公司的领导、科技人员，在研究开发全位置自动焊的过程中，始终如临深渊，如履薄冰，一步一个脚印地进行着科技创新。
　　纵观全位置自动焊研究开发的全过程，我们可以发现这样一个显著的特点，就是科技人员将科技创新与生产实际始终紧密地结合在一起。在科研中，成熟一项技术，就应用一项、推广一项。他们用实实在在的工作实际？ 托Ч?告诉人们：我们的科研成果不是躺在试验室里的档案，而是可以产生看得见、摸得着的巨大社会及经济效益的生产力。
 可以毫不夸张地说：葛洲坝集团机电建设有限公司在研究开发全位置自动焊的过程中，全体干部、职工都接受了一场新观念、新思维的洗礼。然而，在三峡工程１０年建设的历程中，接受如此洗礼的，又何止葛洲坝集团机电建设有限公司一家企业？
　　据不完全统计，三峡工程建设１０年来，共有１０余项科研项目取得国家级科技成果奖励；２００余项科研项目取得省部级科技成果奖励；在施工中应用和申请的发明专利达７００余项。在这些科技成果中，有的改写了世界水电史；有的填补了世界水电科技的空白。１０年建设，三峡工程培养、锻炼了大批水电科技精英，并向全国输送了大量的科技人才。
　　在三峡工程１０年的建设历程中，科技创新始终是一曲催人奋进的主旋律。可以预见的是，这一主旋律将在三峡三期工程建设乃至滚动开发长江水电资源的征途中，奏出更壮丽、更强劲、更灵动的乐章。
 

发布日期：2003年12月16日