獅子坪水電站壓力鋼管整節(jié)湊合安裝質(zhì)量控制

胡 慶

(四川二灘國際工程咨詢有限公司，四川成都 610072)

1 概述

獅子坪水電站壓力鋼管材質(zhì)選用河南舞陽鋼鐵有限公司生產(chǎn)的WDB620高強(qiáng)鋼。壓力鋼管總長度為606m，總工程量為1784t，安裝可細(xì)分三個(gè)平段、兩個(gè)斜段、四個(gè)彎段、兩個(gè)岔管及三個(gè)支管段。鋼管制作、安裝單位為中國葛州壩集團(tuán)所屬分包單位——四川華電中地建設(shè)公司。

為盡量減少工期損失并減少湊合節(jié)縱縫數(shù)量以保證湊合節(jié)安裝質(zhì)量，要求調(diào)整湊合節(jié)的湊合方式，由原來的瓦片湊合改為整節(jié)湊合。對(duì)于這種大中型(直徑3.9m)壓力鋼管的整節(jié)湊合安裝，當(dāng)時(shí)國內(nèi)還沒有可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于此類鋼管整節(jié)湊合，如何保證其順利吊裝就位及尺寸間隙符合規(guī)范、設(shè)計(jì)要求，具有相當(dāng)難度和一定的風(fēng)險(xiǎn)。

獅子坪水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)板厚為24～40 mm，管徑由主管段3.9m遞減至支管與機(jī)組球閥接口處的1.3m。壓力鋼管安裝共兩個(gè)湊合節(jié)，分設(shè)在中平和下平兩個(gè)平段。中平段壓力鋼管軸線長45.4m，鋼管直徑為 3.9m，板厚 28mm，板材為河南舞陽鋼鐵有限公司生產(chǎn)的WDB620。

2 施工難點(diǎn)

對(duì)于這種大中型壓力鋼管整節(jié)湊合方式，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場施工工序和驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行認(rèn)真分析研究后認(rèn)為，壓力鋼管整節(jié)湊合存在以下幾個(gè)難點(diǎn):

(1)測(cè)量方法、測(cè)點(diǎn)布置數(shù)量和測(cè)量誤差直接影響安裝精度;

(2)吊裝吊點(diǎn)與現(xiàn)場起重設(shè)備及管口平面度將影響其安裝下落的順利與否;

(3)湊合節(jié)預(yù)留的湊合長度與兩個(gè)管口的實(shí)際距離尺寸會(huì)對(duì)對(duì)裝和焊后間隙驗(yàn)收造成影響;

(4)湊合節(jié)上下游鋼管的軸線偏差將直接導(dǎo)致組裝錯(cuò)牙。

3 測(cè)量方法的選擇

3.1 測(cè)量控制要點(diǎn)及方法

整節(jié)式湊合施工中最關(guān)鍵的就是管口數(shù)據(jù)取樣的準(zhǔn)確性，它將直接關(guān)系到湊合節(jié)吊裝下放的順利與否和對(duì)裝間隙能否滿足驗(yàn)收規(guī)范要求。根據(jù)壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范(DL5017－93):間隙Δ≤3mm，同時(shí)又要保證湊合節(jié)的順利下放且不能出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。因此，在安裝湊合節(jié)上下游壓力鋼管時(shí)要進(jìn)行針對(duì)性控制，使兩管節(jié)管口間距成“上大下小”倒八字形，原則上將每個(gè)管口的傾斜值控制在5mm以內(nèi)。對(duì)于管口測(cè)量數(shù)據(jù)的提取，承包商采用0.5s級(jí)TC2003全站儀加鋼直尺、卷尺的方式。湊合節(jié)安裝之前，在其安裝部位下面放置1#及2#基準(zhǔn)點(diǎn)(圖1)，要求兩個(gè)點(diǎn)在同一樁號(hào)上。測(cè)量時(shí)，全站儀先架設(shè)在1#點(diǎn)上，后視2#點(diǎn)測(cè)量左半圈的管口值，然后架設(shè)在2#點(diǎn)上，后視1#點(diǎn)測(cè)量右半圈的管口值。測(cè)量時(shí)，用鋼直尺頂在管口上，由全站儀測(cè)量出A、B值，同時(shí)用卷尺測(cè)量C值進(jìn)行校核。運(yùn)用該測(cè)量方法，可以將測(cè)點(diǎn)精度控制在0.5mm以內(nèi)。在該部位壓力鋼管的整節(jié)湊合上，每個(gè)管口選取均分40個(gè)點(diǎn)位并確定相應(yīng)的點(diǎn)位間距，分點(diǎn)時(shí)，以管口上中心為基準(zhǔn)向下中心分，并用樣沖打上標(biāo)記(圖2)。

圖1 湊合節(jié)的位置及其基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置示意圖

圖2 湊合節(jié)測(cè)量點(diǎn)位分布圖

3.2 數(shù)據(jù)分析與校核

按上述測(cè)量方法進(jìn)行實(shí)測(cè)，并對(duì)相應(yīng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，以保證管口間距成“上大下小”倒八字形為目的，在此基礎(chǔ)出上再反復(fù)對(duì)管口間距尺寸進(jìn)行微調(diào)、打磨及復(fù)測(cè)，以最終保證湊合節(jié)能整體順利放到安裝位置且焊縫間隙合理為宗旨。

3.3 鋼管軸線控制

要求將湊合節(jié)上下游壓力鋼管的軸線偏差必須調(diào)整到2mm范圍內(nèi)。

3.4 湊合節(jié)制作數(shù)據(jù)

湊合節(jié)的間隙在既滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，又應(yīng)做到吊裝時(shí)不出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。經(jīng)綜合分析，每邊間隙取2～3mm。制作數(shù)據(jù)在現(xiàn)場實(shí)測(cè)A、B值的基礎(chǔ)上各減去3mm，偏差為0至+1.0mm。下料時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場分點(diǎn)的距離均布40個(gè)點(diǎn)，然后依據(jù)現(xiàn)場提供的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行下料。

4 焊接

4.1 主要焊接工藝

湊合節(jié)合攏環(huán)縫周長為12.544m，由8名焊工分兩班對(duì)稱連續(xù)焊接。坡口間隙要求Δ≤3 mm;對(duì)于間隙超過3mm的部位，在坡口面進(jìn)行逐層堆焊，并保持間隙均勻。堆焊打磨后，對(duì)堆焊坡口處做PT探傷;對(duì)于坡口面的清理，要求打磨至金屬光澤并保證其表面平滑。

焊接時(shí)采用多層、多道、對(duì)稱、分段、退步的焊接方法施工，層間厚度小于4mm;接頭錯(cuò)開30 mm，各對(duì)稱施焊的焊接熱輸入基本保持一致，控制層間溫度不大于200℃。

焊接順序:焊完大坡口側(cè)60%左右，背面清根，焊接背面小坡口側(cè)，小坡口側(cè)留兩層不焊，待焊完大坡口側(cè)以后最后焊完小坡口側(cè)。封底全部采用φ3.2焊條，焊接電流為110～130A，層間采用φ4.0焊條，焊接電流為140～185A。焊接時(shí)注意控制每名焊工的一致性。

焊接完成后，立即進(jìn)行150℃ ～180℃ ×2h后熱。

4.2 錘擊工藝及要求

(1)錘擊工作由專人實(shí)施，要求1名焊工配1名錘擊人員，錘擊過程由承包商質(zhì)檢員跟班進(jìn)行監(jiān)督。

(2)錘擊采用C6型風(fēng)鏟，風(fēng)鏟釬頭磨成R=5mm的球狀圓頭。

(3)氣源壓力應(yīng)能確保風(fēng)鏟工作壓力在0.70 MPa(額定壓力)左右。

(4)在分段焊接的每一小段里，除打底和蓋面層外，每焊一層均進(jìn)行錘擊，錘至一定麻面為止。

5 焊縫內(nèi)部質(zhì)量控制

在合攏縫焊接過程中，除進(jìn)行一系列監(jiān)測(cè)外，對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量也進(jìn)行了嚴(yán)格的控制。焊接過程中，背面清根后進(jìn)行了PT檢測(cè)，檢查其是否存在表面裂紋，及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊縫缺陷。焊接結(jié)束后，對(duì)長12.544m的合攏環(huán)縫進(jìn)行了100%的UT檢測(cè)，UT探傷一次合格率為99.6%。

6 結(jié)語

獅子坪水電站中、下平段壓力鋼管采用整節(jié)湊合安裝技術(shù)具有相當(dāng)大的難度。通過施工過程控制及最終檢測(cè)結(jié)果可以得出以下結(jié)論:

(1)所述部位壓力鋼管母材為河南舞陽鋼鐵有限公司生產(chǎn)的WDB620高強(qiáng)鋼，其塑性、柔韌性及可焊性均較好。

(2)對(duì)于合攏縫焊縫間隙的驗(yàn)收，筆者認(rèn)為:在兩條焊縫調(diào)整完成后，焊前進(jìn)行間隙和錯(cuò)牙驗(yàn)收;待焊接完成一條焊縫后，對(duì)于間隙過大的另一條合攏縫則無須再對(duì)間隙進(jìn)行過高要求，而只需對(duì)焊縫錯(cuò)牙進(jìn)行二次驗(yàn)收;對(duì)于間隙過大(超過3 mm)的合攏縫，要求進(jìn)行均勻堆焊，滿足施焊條件即可。

(3)對(duì)于湊合節(jié)安裝方式，無論采用整節(jié)或瓦片式安裝，其質(zhì)量都是可以得到保證的。但是，在整節(jié)吊裝過程中還是容易出現(xiàn)下落不順暢的情況，說明其預(yù)留間隙偏小。另外，在考慮預(yù)留間隙時(shí)，要充分考慮天氣變化帶來的影響。

(4)對(duì)于尺寸測(cè)量的時(shí)間選擇，必須要等湊合節(jié)上下游相鄰管節(jié)環(huán)縫焊接完成后進(jìn)行。

(5)采用整節(jié)湊合方式，避免了湊合節(jié)縱縫焊接造成的約束應(yīng)力。

筆者認(rèn)為:獅子坪水電站中、下平段采用整節(jié)湊合安裝技術(shù)，在測(cè)量控制技術(shù)方面、鋼管制造精度的提高和施工過程控制方面均具有一定的創(chuàng)新性。