水電站廠房尾水肘管制作實(shí)踐

鄒明琦,鄒振忠

(1.比亞迪汽車有限公司,西安 710075；2.中國(guó)水利水電第三工程局有限公司,西安 710032)

1 概 況

幾內(nèi)亞蘇阿皮蒂水利樞紐電站廠房4套尾水肘管，每套重量52.855 t，每套由12個(gè)單元節(jié)組成，上進(jìn)口內(nèi)徑5 191.0 mm，漸變和彎曲90°后，到內(nèi)壁寬11 463.4 mm，高2 664.4 mm矩形下出口，整體高度6 363.2 mm,上口圓中心到下口矩形邊緣總長(zhǎng)度6 497.9 mm。采用δ20 mm、Q235B材料。體型效果見圖1[1]。

2 Auto CAD中三維建模

在Auto CAD中根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑闹夤芨鲉卧?jié)坐標(biāo)表，畫出肘管單線圖(見圖2左側(cè)圖)；再根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑母鲉卧?jié)斷面平面圖，與肘管單線圖合成如圖2右側(cè)的三維模型框線圖[2]。

圖1 肘管體型圖 單位：mm

3 Auto CAD三維模型中各單元節(jié)的提取

(1) 首先在圖2空間模型框線圖中逐步將各單元節(jié)(本例為第3單元節(jié))提取出來(見圖3左側(cè))，并將需要展開放樣的圖形單獨(dú)提取，在命令行輸入“l(fā)oft”命令,光標(biāo)選取弧形線并回車，然后在命令欄輸入“導(dǎo)向(G)”, 光標(biāo)選取兩弧形的連接線并回車，得到三維線框圖，并通過點(diǎn)擊“視圖”→“視覺樣式”→“概念”，得到圖3右側(cè)效果圖[3-4]。

(2) 將圖3右側(cè)效果圖單擊Auto CAD “輸出”→選擇“其他格式”→保存為“.sat”格式→點(diǎn)擊“保存”。

圖2 肘管單線和空間模型線框圖 單位：mm

圖3 第3單元節(jié)提取圖 單位：mm

4 Auto POL中單元節(jié)展開

圖4 第3單元節(jié)展開圖

打開Auto POL for Windows軟件，導(dǎo)入保存的“.sat”格式的單元節(jié)，點(diǎn)擊“展開”按鈕，出現(xiàn)如圖4左側(cè)的界面，在“厚度”一欄輸入鋼板厚度，點(diǎn)擊“展開”按鈕，得到圖4右側(cè)的展開平面圖，導(dǎo)出為“.DXF”格式保存，方便在Auto CAD中導(dǎo)入和編輯[1]。

按照上述步驟獲得肘管各單元節(jié)的展開平面圖形，在Auto CAD中進(jìn)行綜合布料(需考慮節(jié)間和接板的焊縫錯(cuò)位)，并將布料結(jié)果形成工藝文件交由材料采購(gòu)、數(shù)控切割下料等工序。

5 節(jié)間環(huán)縫坡口的設(shè)計(jì)

(1) Auto POL for Windows軟件默認(rèn)鋼板厚度中心層不發(fā)生變化原理，對(duì)單元節(jié)曲面進(jìn)行平面展開，不考慮肘管各相鄰單元節(jié)環(huán)縫對(duì)接時(shí)存在角度，而使對(duì)接處因鋼板厚度存在誤差(見圖5)，因此需要根據(jù)肘管各相鄰單元節(jié)的環(huán)縫對(duì)接角度情況進(jìn)行坡口設(shè)計(jì)。

圖5 相鄰單元節(jié)環(huán)縫對(duì)接狀態(tài)圖

(2) 整個(gè)肘管呈90°彎曲形狀，從第1節(jié)的圓形斷面過渡到第12節(jié)的矩形斷面，圖5按照河流上下游、直徑處的剖面對(duì)坡口切割分析如下。

“A放大”為肘管上游側(cè)，其陰影為相鄰單元節(jié)環(huán)縫內(nèi)壁重疊，“B放大”為肘管下游側(cè)，其陰影為相鄰單元節(jié)環(huán)縫外壁重疊；該陰影處環(huán)縫向大壩左右岸方向延伸時(shí)，坡口角度隨之發(fā)生變化。目前大多數(shù)制造加工廠的數(shù)控切割機(jī)只能按照固定的角度切割坡口，其結(jié)果是相鄰單元節(jié)環(huán)縫對(duì)接時(shí)的坡口寬度與圖紙要求不符，從而影響其環(huán)縫焊接質(zhì)量。在工藝設(shè)計(jì)階段按照以下2種方案進(jìn)行對(duì)比：

1) 在Auto CAD中按照鋼板厚度進(jìn)行三維實(shí)體建模，應(yīng)用“實(shí)體編輯”中的“差集”命令，可以得到相鄰單元節(jié)環(huán)縫的完美吻合。利用“打斷”功能將內(nèi)壁、外壁的曲面分別提出保存并展開放樣，將放樣的平面展開圖疊加在一起，得到如圖6內(nèi)外壁坡口切割圖。

圖6 單元節(jié)內(nèi)外壁切割示意圖

2) 在單元節(jié)下料階段不考慮坡口設(shè)計(jì)，在Auto POL for Windows“厚度”一欄輸入鋼板厚度，得到鋼板中心層展開平面圖，直接輸入數(shù)控切割機(jī)程序中進(jìn)行下料切割，單元節(jié)卷圓組拼時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，用劃針按照設(shè)計(jì)的坡口寬度進(jìn)行劃線和手工切割。

對(duì)以上2種方案的實(shí)踐施工進(jìn)行對(duì)比。方案1因動(dòng)態(tài)切割軌跡中的角度不斷變化，無法采用數(shù)控切割機(jī)切割坡口；采用手工切割時(shí)，沒有直觀的參照對(duì)象而導(dǎo)致坡口切割質(zhì)量較差，切割工時(shí)較長(zhǎng)。方案2卷制成型后相鄰單元節(jié)組拼時(shí)，雖然因角度變化存在組拼偏差，但可以互為參考，便于劃線和切割。對(duì)比結(jié)果：方案2要比方案1提高1/3的工效，因此采用方案2比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

6 注意事項(xiàng)

肘管各單元節(jié)為空間扭曲形狀，在制作各工序中應(yīng)注意以下質(zhì)量控制點(diǎn)：

(1) 第8節(jié)至第12節(jié)圓弧段較短的單元節(jié)，無法采用卷板機(jī)卷制，可以采用制作模具在壓力機(jī)上進(jìn)行扭曲弧形面的壓制，其壓制素線控制在100 mm左右，以提高圓弧精度；壓制過程中要不斷用圓弧樣板檢查其圓弧近似設(shè)計(jì)值；不可壓制過多，以免造成圓弧直徑小于設(shè)計(jì)值，加大反壓修正難度。

(2) 相鄰單元節(jié)組拼時(shí)，環(huán)縫坡口寬度劃線完成后，建議采用靠尺，避免手工切割不穩(wěn)，導(dǎo)致坡口角度偏差和切割斷面鋸齒形缺陷過大；同時(shí)，盡可能不要一次切割到位，采取分次修正切割的方法，保證坡口切割質(zhì)量。

(3) 肘管必須進(jìn)行整體安裝狀態(tài)總拼和加固，只有總拼才能發(fā)現(xiàn)配合質(zhì)量缺陷，并加以修正；檢測(cè)空間幾何尺寸滿足設(shè)計(jì)值要求后，安裝定位板并標(biāo)識(shí)各單元節(jié)安裝中心參考線，以保證縮短工地安裝調(diào)整時(shí)間和提高安裝精度。

7 結(jié) 語

對(duì)幾內(nèi)亞蘇阿皮蒂水利樞紐電站廠房4套尾水肘管的制作實(shí)踐進(jìn)行了簡(jiǎn)要的敘述，為類似工程在Auto CAD中三維建模，轉(zhuǎn)換到Auto POL for Windows中平面展開放樣的操作路徑，以及相鄰單元節(jié)環(huán)縫坡口的加工方法，提供了參考經(jīng)驗(yàn)。