引水壓力鋼管岔管組拼及試驗施工技術(shù)探討

扶奮勇

中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410007

1 概況

沐若水電工程位于馬來西亞（MALAYSIA）沙撈越州（SARAWAK）境內(nèi)拉讓河（RARANG RIVER）流域的上游，共安裝4臺244MW機組。電站地下輸水系統(tǒng)壓力鋼管共為2條，由上到下分別為：上平段、調(diào)壓井段、上彎段、豎井段、下彎段、下平段、岔管段、支管段。電站引水壓力鋼管岔管采用內(nèi)加強月牙肋對稱Y型岔管，總重量約133.7t，由一個主錐管和兩個支錐管組成，其公切球直徑為3.1m，主管進口內(nèi)徑為5.5m，支管出口內(nèi)徑為4.2m，月牙板厚150mm，筒體板厚72mm，母材材質(zhì)為07MnCrMoVR。岔管在國內(nèi)三峽制作車間完成制作，在制作時分成五個單元，分別編號為29-1、29-2、29-3、29-4、29-5（具體見圖1），運輸至在施工現(xiàn)場組拼成整體并進行水壓試驗。

圖1 沐若水電站引水壓力鋼管岔管拼裝圖

2 岔管組拼施工技術(shù)

2.1 場地布置及平臺搭設(shè)

由于岔管重量超出施工現(xiàn)場吊車起吊范圍，因此岔管在隧道1#主洞洞口進行拼裝，拼裝需要在洞口準備約12m×12m的作業(yè)場地，對在此區(qū)域的土建鋼筋進行保護處理。

現(xiàn)場拼裝平臺制作根據(jù)岔管在制作廠家已經(jīng)制作完成的結(jié)構(gòu)支墩尺寸和岔管進行拖排運輸時的結(jié)構(gòu)需要進行制作，在制作時保證平臺的整體上平面比1#主洞的地面高程高60mm。為確保岔管在拖運輸過程中順利進行，在平臺搭建時所有尺寸根據(jù)1#主洞的軸線進行定位，為保證平臺的穩(wěn)定性和整體強度，整個平臺采用I20工字鋼搭建，鋼支墩采用Φ219的鋼管和I20的工字鋼。平臺制作時控制整體平面度2mm，工字鋼接頭錯位1mm。

2.2 岔管拼裝及驗收

2.2.1 地樣放置

地樣放置根據(jù)拼裝平臺制作時的定位中心線和相關(guān)位置關(guān)系進行確定，在拼裝平臺上將岔管進、出水管口中心位置在平臺上精確劃出并用樣沖標記并用油漆標明。

2.2.2 組裝順序及方法

首先將29-1和29-2組裝、焊接成為一個整體，然后以29-4為基準，將該基準部件調(diào)整、加固牢靠，然后依次將29-3、29-4、29-5拼裝成整體，組拼完成后檢查出水管口的尺寸并進行調(diào)整使其符合圖紙控制尺寸要求后進行加固，然后將29-1和29-2組焊成整體的管節(jié)吊裝就位。岔管組裝按拼裝平臺上布置的樣點和控制點線進行組裝，利用常規(guī)的壓碼、千斤頂?shù)裙て骶哌M行壓縫處理，利用水準儀、鋼卷尺和掛垂線的方法來檢測瓦片形狀控制尺寸。

2.2.3 岔管尺寸檢查

岔管組裝完成后，按照DL5017-2007的要求進行尺寸驗收，主要檢查項目包括主支管（進口／出口）垂直度、平面度、主支管（進口／出口）中心高差、主支管長度（L1、L2）、支管口中心距離S1，環(huán)縫對口錯邊量、環(huán)縫間隙及主支管（進口／出口）的圓度等。驗收合格后進行焊接。焊接完成后，再次復(fù)測，要求檢測的項目極限偏差在國家規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

3 岔管焊接施工技術(shù)

3.1 岔管焊接順序

針對岔管由五部分拼裝組成，考慮焊接變形和施工方便岔管焊接分三部分進行，即先焊接上圖中①號縱縫，將29-1焊接成整體，再焊接②號Z形縱縫，最后焊接③號環(huán)縫，使岔管形成整體。在焊接②號Z形時，按照對稱焊接的原則，岔管上方兩側(cè)各3名焊工、岔管下方兩側(cè)各3名焊工，上下同時進行焊接，順序基本上為仰焊-平焊-仰焊-平焊。

3.2 岔管焊接工藝技術(shù)

3.2.1 焊前準備

焊前清理：所有擬焊面及坡口兩側(cè)各50mm～100mm范圍內(nèi)的氧化皮、鐵銹、油污及其它雜物應(yīng)清除干凈，每一焊道焊完后也應(yīng)及時清理，檢查合格后再焊。

焊材烘烤：焊條使用前，需檢查外觀質(zhì)量，必須嚴格按照使用說明書規(guī)定進行烘烤。焊接材料應(yīng)設(shè)專人烘烤、保管、發(fā)放，并記錄。烘干后的焊條應(yīng)轉(zhuǎn)至150℃的恒溫箱內(nèi)保溫，隨用隨取，焊工領(lǐng)用的電焊條必須放在保溫桶內(nèi)，工作時手握焊條不能超過5根，避免時間長在空氣中受潮。

3.2.2 焊接及消應(yīng)

焊前進行定位焊，定位焊時先用烘槍預(yù)熱，預(yù)熱溫度比正式焊接預(yù)熱溫度（100℃）高出20℃以上，定位焊在小坡口一側(cè)，定位焊長度80mm以上且最少3層，厚度15mm以上，間距400mm，防止加溫焊接時焊縫炸裂。

按照WPS文件，預(yù)熱溫度達到100℃以上時方可以進行正式焊接，現(xiàn)場采用LWD加熱柜、履帶式加熱片進行加溫，預(yù)熱區(qū)域為3倍的板厚即焊縫中心兩側(cè)寬度216mm。

焊接過程中，為防止因焊接應(yīng)力而產(chǎn)生的角變形，根據(jù)變形的實際情況調(diào)整焊接順序，控制管節(jié)焊縫處的弧度在一定標準范圍之內(nèi)，當(dāng)焊接厚度達到板厚的30%時，進行背縫清根氣刨，氣刨清根時不降溫，氣刨后的坡口需進行打磨修復(fù)處理，用角磨機磨掉或鏟除坡口表層的滲碳層方可進入下一道工序。

焊接過程中同時為控制焊縫處的弧度，減少焊接應(yīng)力，采用分段、分道退步跳焊，在焊接第三層后開始，每一層均采用風(fēng)鎬式消應(yīng)槍進行錘擊消應(yīng)（消應(yīng)槍頭應(yīng)磨成R=5mm球狀圓頭、氣源壓力控制在0.65Ma左右，在每段或?qū)用嫔线M行錘擊消應(yīng)，錘擊焊縫表面至密布麻坑為止），錘擊過程應(yīng)盡量避免誤擊到母材表面，對錘損的坡口和母材做打磨或修復(fù)處理，錘擊過程中如發(fā)生皺皮和裂紋要及時處理干凈。

由于07MnCrMoVR屬于高強鋼，應(yīng)嚴格控制焊接線能量，φ3.2焊條焊接電流控制在160A以下，焊道寬度≤12.8mm，長度≥60mm(單根焊條)，φ4.0焊條焊接電流控制在200A以下，焊道寬度≤16mm，長度≥80mm（單根焊條），焊接過程中需注意層間溫度不低于預(yù)熱溫度。

焊接過程中，隨時檢查履帶式加熱片，如發(fā)現(xiàn)加熱片有損壞的應(yīng)及時更換，測溫儀每30分鐘定時檢測，檢測儀距離焊縫100mm，每段焊縫分三個檢測點位。

當(dāng)全部焊縫焊接完成后，為消除焊縫殘余應(yīng)力采用后熱處理方法，后熱的溫度為150℃-200℃×3h。

3.2.3 焊縫質(zhì)量檢測及缺陷處理

岔管的所有縱縫和環(huán)縫均為一類焊縫。焊縫外觀檢測及無損探傷遵守DL/T5017-2007的有關(guān)規(guī)定，無損檢測人員應(yīng)持有無損檢測人員資格鑒定工作委員會簽發(fā)的資格證書，評定焊縫質(zhì)量由Ⅱ級或Ⅱ級以上的檢測人員擔(dān)任。拼裝焊縫無損探傷采用100%表面著色滲透探傷（PT）和100%超聲波衍射時差法（TOFD）方法，根據(jù)業(yè)主方SEB要求，同時對岔管所有拼裝焊縫進行100%γ源射線探傷（RT）復(fù)核檢查。

當(dāng)焊縫發(fā)現(xiàn)有不允許的缺陷時，進行分析并找出原因，制訂返修工藝后方可返修。焊縫缺陷根據(jù)鋼材種類選用碳弧氣刨或砂輪進行清理，并用砂輪修磨成便于焊接的坡口。返修前要認真檢查，如缺陷為裂紋，采用滲透探傷，確認裂紋已經(jīng)消除方可返修。焊縫同一部位的返修次數(shù)不宜超過兩次。超過兩次以上返修時，應(yīng)查明原因，制定可靠的返修工藝措施，并經(jīng)單位技術(shù)負責(zé)人批準，方可返修處理。返修后的焊縫，應(yīng)重新檢查。

4 岔管水壓試驗施工技術(shù)

岔管焊接完成檢驗合格后，按DL/T5017-2007第9節(jié)的要求對月牙肋岔管進行水壓試驗，以檢驗岔管拼裝及焊接質(zhì)量，同時也能降低焊縫內(nèi)部約束應(yīng)力。根據(jù)設(shè)計技術(shù)文件，岔管設(shè)計壓力為4.29MPa，水壓試驗壓力為5.36±0.2MPa。

4.1 水壓試驗布置

岔管水壓試驗采用3個橢圓型封頭，進口及出口橢圓型封頭內(nèi)徑和岔管管口內(nèi)徑相同，悶頭板厚和技術(shù)要求按照ASME推薦壓力容器計算公式進行設(shè)計，在進口悶頭上布置進水管、排氣孔、加壓管。水壓試驗采用10MPa的電動加壓泵，逐步升壓。水源利用附近土建施工水源。水壓試驗完成后，首先卸壓，然后將岔管內(nèi)的水排空，進行悶頭切割，并切割掉焊接熱影響區(qū)約300mm的余量。

4.2 水壓試驗前的檢查

岔管水壓試驗前，應(yīng)確保岔管及悶頭的幾何尺寸正確，焊縫外觀和內(nèi)部質(zhì)量合格。檢查岔管支撐的加固情況，由于水壓試驗時荷載比較大，必須保證支撐的強度和穩(wěn)定性，同時檢查岔管瓦片的內(nèi)支撐，須將所有支撐與瓦片連接處切割開，防止水壓試驗時，瓦片的內(nèi)支撐局部點受力拉裂情況。

按岔管水壓試驗原理圖，準備好水壓試驗所需的試驗設(shè)備、管路及專用工器具，將充水閥、排氣閥、泄壓閥、各壓力表組裝就位，檢查打壓設(shè)備、檢測儀表和管路連接情況。

為便于水壓試驗時對試驗情況進行觀測和檢查，在岔管所有焊縫側(cè)需要搭設(shè)專用爬梯，爬梯采用型鋼焊接而成或用活動木樓梯。

4.3 水壓試驗

利用軟管通過旁通閥對岔管進行注水，注水的同時開啟悶頭上部的排氣閥進行排氣。當(dāng)排氣管上部出水并不再有氣泡時關(guān)閉排氣閥與旁通閥，注水結(jié)束。

啟動電動試壓泵逐步向岔管加壓，加壓過程中隨時目測岔管及悶頭的焊縫有無異常情況，各閥門及其與岔管連接處是否漏水，若有異常及時進行處理。

水壓試驗壓力上升速度不超過0.05MPa/min，緩慢升至設(shè)計壓力，保持10min；對岔管進行檢查，若情況正常，繼續(xù)升至試驗壓力值，保持5min；再次檢查有無滲水和其他異常情況，若無異常，經(jīng)確認后利用打壓設(shè)備上的泄壓閥將壓力降至設(shè)計壓力，保持30min，整個水壓試驗過程中應(yīng)無滲水和其他異常情況。岔管水壓試驗壓力與時間關(guān)系見圖2。

圖2 岔管水壓試驗壓力與時間關(guān)系圖

試驗過程中如出現(xiàn)泄漏和其它異常現(xiàn)象應(yīng)立即停止加壓，需要處理時必須在卸壓后進行。水壓試驗升、降壓順利，試驗過程無異?，F(xiàn)象，經(jīng)各方會簽確認后方水壓試驗結(jié)束。

5 結(jié)論

本文結(jié)合沐若水電站引水壓力管岔管組裝、焊接及壓力試驗施工實例，針對該大型岔管的現(xiàn)場實際，提出該岔管所采用的施工技術(shù)措施。工程實踐表明，該岔管拼裝所采取施工技術(shù)完全符合國標DL/T5017-2007要求并取得了良好的施工效果，為同類工程提供工程實例借鑒。

[1]羅天福.市政道路填筑路基中有關(guān)問題的探討[J].公路與汽運，2008，23(9)：265-267.