淺析水利水電工程壓力管道制作技術(shù)

段杰

(云南水利機(jī)械有限責(zé)任公司， 云南 昆明 650000）

關(guān)鍵字: 水利水電工程； 壓力鋼管； 制作工藝

1 概述

隨著水利水電的發(fā)展， 山區(qū)和山谷地區(qū)的高水頭， 大型和超大型水利水電項(xiàng)目也越來(lái)越多， 對(duì)設(shè)計(jì)工作也提出了更高的要求。 同時(shí)， 壓力管道的管徑、厚度、 材料強(qiáng)度、 生產(chǎn)強(qiáng)度和生產(chǎn)難度也在增加， 管道結(jié)構(gòu)也越來(lái)越大。 近年來(lái)， 鋼襯鋼筋混凝土管已成為我國(guó)快速發(fā)展的新型結(jié)構(gòu)， 主要用于高水頭， 高速水利和水電項(xiàng)目。 壓力管道是鋼襯鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重要組成部分。 在水箱， 前池或調(diào)壓室的壓力下， 將水引入渦輪機(jī)或其他設(shè)備中， 以滿足發(fā)電和供水的要求。

2 壓力管道的制作技術(shù)

2.1 制作場(chǎng)地及設(shè)備布置

壓力管道的布置類型應(yīng)綜合考慮地形， 地質(zhì)條件， 廠房和輸水系統(tǒng)布置， 管道水力條件和經(jīng)濟(jì)因素等因素來(lái)確定。

該水電站壓力鋼管的制作場(chǎng)地位于砼拌合站旁，總占地面積約為5600m。 場(chǎng)地分為2 個(gè)臺(tái)階平地。 下臺(tái)階為主生產(chǎn)廠區(qū)， 占地面積約為5200m； 上臺(tái)階為生活營(yíng)地， 占地面積約為400m。

生產(chǎn)廠區(qū)占地面積約為5200m， 主要有以下布置： 1） 移動(dòng)式鋼結(jié)構(gòu)廠房跨度 15m， 長(zhǎng) 20m， 主要用于瓦片的組圓、 焊接、 其它零星結(jié)構(gòu)的制作及下雨時(shí)卷板機(jī)的防雨； 2） 30t（軌距 24m， 長(zhǎng)度 130m）門機(jī)、 20t（軌距24m， 長(zhǎng)度130m） 門機(jī)各一臺(tái)， 承擔(dān)鋼板和瓦片、 轉(zhuǎn)運(yùn)、 裝車以及卷板配合工作； 3） 1臺(tái)120 ×3000mm三輥卷板機(jī)， 承擔(dān)鋼板瓦片卷制工作； 4） 1 個(gè)火焰半自動(dòng)切割制造工位， 承擔(dān)部分瓦片和加勁環(huán)等下料、 坡口加工及應(yīng)急工作； 5） 組圓、加勁環(huán)安裝、 焊接等4 個(gè)工位， 用于壓力鋼管制造、檢驗(yàn)； 6） 2 間全封閉的防腐涂裝車間， 用于鋼管的噴砂除銹和涂裝作業(yè)； 7） 轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)車2 臺(tái)， 用于板材、瓦片及鋼管的廠內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)存放、 運(yùn)輸及防腐； 8） 20t門機(jī)的下布置有鋼板存儲(chǔ)工位、 瓦片存儲(chǔ)工位等。

2.2 壓力鋼管制造工藝

壓力紙的制造主要包括兩個(gè)部分： “整體軋制”和 “瓦片拼裝”。 瓦片拼裝的方法更為傳統(tǒng)。 工藝流程分為兩部分： 單節(jié)瓦片軋制和連接拼裝。 困難在于圓周縫焊接的質(zhì)量控制部分。 整體軋制技術(shù)是一種新的壓力生產(chǎn)技術(shù)。 生產(chǎn)過(guò)程包括兩個(gè)部分： 整體軋制和多節(jié)鋼板拼裝兩個(gè)部分。 該技術(shù)生產(chǎn)過(guò)程的困難在于組裝精度和鋼管卷制過(guò)程兩個(gè)方面的穩(wěn)定性。 該工程采用的是 “瓦片組合” 的方式。

2.2.1 壓力鋼管制作工藝流程

鋼管制作工藝流程及質(zhì)量控制如下。

施工措施制造大綱編制→編制材料分批供應(yīng)計(jì)劃、 管節(jié)拼圖及零件工藝卡及各種瓦片下料程序→材料采購(gòu)→材料進(jìn)廠檢查 （含抽樣理化實(shí)驗(yàn)和UT抽樣檢驗(yàn)） →材質(zhì)確認(rèn)G→編號(hào)、 標(biāo)記移植→瓦片切割下料 （含加勁環(huán)及附件等） →坡口加工→瓦片卷制→填寫記錄表→交鋼管預(yù)組圓→鋼管預(yù)組圓→驗(yàn)收G→防腐處理→出廠驗(yàn)收H。

要求說(shuō)明： 1） 瓦片下料及坡口切割均采用數(shù)控、半自動(dòng)切割機(jī)切后用12m銑邊機(jī)加工坡口； 2） 異形管采用數(shù)控切割并開(kāi)坡口， 坡口表面均使用電動(dòng)角磨機(jī)打磨出金屬光澤； 3） G、 H為質(zhì)控流程中的停止點(diǎn)， H為監(jiān)理工程師參與。

2.2.2 鋼板矯平

對(duì)平面度偏差較大的鋼板進(jìn)行矯平。 矯平后平面度偏差小于等于1mm。 使用設(shè)備： WD43M-30x2500數(shù)顯精密板料矯平機(jī)。

2.2.3 鋼板劃線

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求， 鋼板劃線時(shí)， 每端放5mm至8mm加工余量 （即單塊長(zhǎng)度方向總加長(zhǎng)10mm至16mm）， 以鋼板較直的一個(gè)長(zhǎng)邊為基準(zhǔn)劃兩端修邊切割線。 鋼板劃線的極限偏差應(yīng)符合下表1 的規(guī)定。

表1 鋼板劃線的極限偏差

序號(hào) 項(xiàng)目 極限偏差（mm）序號(hào)項(xiàng)目極限偏差（mm）±0.5 1 寬度和長(zhǎng)度 ±1 3 對(duì)應(yīng)邊相對(duì)差 1 2 對(duì)角線相對(duì)差 2 4 矢高 （曲線部分）

2.2.4 下料及坡口加工

本工程主管內(nèi)徑為5.6m、 5.0m及支管4.0m的鋼管， 每個(gè)管節(jié)用兩個(gè)瓦片組拼， 支管2.1m的鋼管按單個(gè)瓦片卷制， 各管徑下料周長(zhǎng)按中徑展開(kāi)值計(jì)算。

1） 下料。 采用數(shù)控切割機(jī)下料， 用角磨機(jī)對(duì)割口的表面淬硬層、 過(guò)熱組織等進(jìn)行打磨， 打磨露出金屬光澤。 下料后保證寬度和長(zhǎng)度偏差為±1mm， 對(duì)角線相對(duì)差為2mm， 對(duì)應(yīng)邊相對(duì)差為1mm。 切割面的熔渣、 毛刺應(yīng)用砂輪磨去。 切割時(shí)造成的溝槽深度不應(yīng)大于0.5mm， 當(dāng)在0.5mm～2mm時(shí)， 應(yīng)進(jìn)行砂輪打磨， 當(dāng)大于2mm時(shí)應(yīng)按要求進(jìn)行焊補(bǔ)后磨平。 若有可疑處應(yīng)進(jìn)行超聲波檢查。

2） 坡口及邊緣加工。 坡口先采用半自動(dòng)切割機(jī)粗切割， 再用銑邊機(jī)加工四周邊緣及坡口， 鋼管瓦片坡口按設(shè)計(jì)要求為X型內(nèi)坡口。

2.2.5 標(biāo)記、 劃線

依據(jù)鋼管安裝總圖及業(yè)主、 設(shè)計(jì)、 安裝單位的要求， 按最終確定的排管圖， 在每一塊板上作編號(hào)、 水流向、 水平軸、 垂直軸等標(biāo)記， 用鋼印、 油漆、 樣沖作標(biāo)記并在周邊坡口處涂刷不影響焊接的車間底漆。

標(biāo)記控制要求： 1） 在同一管節(jié)中縱縫與水平軸、垂直軸所夾角應(yīng)錯(cuò)開(kāi)15°以上。 （縱縫嚴(yán)禁在垂直軸線及水平軸線10°范圍內(nèi)設(shè)置）； 2） 相鄰管節(jié)的縱縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)500mm以上。

2.2.6 加勁環(huán)下料

加勁環(huán)數(shù)量較多， 用數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行下料， 此種方法材料利用率達(dá)到97%， 比傳統(tǒng)下料方法材料利用率提高30%以上， 對(duì)接處開(kāi)坡口。

2.2.7 瓦片壓頭

為避免筒體縱縫接縫處形成直段， 鋼板卷制時(shí)需提前壓頭處理， 壓頭的長(zhǎng)度不小于300mm， 壓頭的弧度應(yīng)與鋼管管徑相一致 （用樣板檢查其間隙不大于2.5mm）。 壓頭卷板方向和鋼板的壓延方向一致。

2.2.8 瓦片卷制

瓦片采用120 ×3000 型三輥卷板機(jī)卷制。 在卷板時(shí)利用加工廠內(nèi)配置的30t龍門吊配合， 防止鋼板初始卷制壓弧時(shí)因自重引起反向折彎。

鋼板卷板滿足下列要求： 1） 卷板方向和鋼板的壓延方向一致； 2） 卷板前或卷制過(guò)程中， 將鋼板表面已剝離的氧化皮和其他雜物清除干凈； 3） 卷板后， 將瓦片以自由狀態(tài)立于平臺(tái)上， 用樣板檢查弧度， 其間隙符合表2 規(guī)定。

表2 樣板與瓦片的極限間隙

鋼管內(nèi)徑D（m） 樣板弦長(zhǎng)（m） 樣板與瓦片的極限間隙（mm ）D≤2 0.5D（且不小于500mm） 1.5 2 ＜D≤5 1.0 2.0 5 ＜D≤8 1.5 2.5 D＞8 2.0 3.0

2.2.9 管節(jié)組圓

1） 壓力鋼管在電站加工廠內(nèi)專用平臺(tái)上進(jìn)行兩片瓦片的單節(jié)鋼管組裝。 瓦片采用30t龍門吊吊裝，將瓦片擺放到專用組裝平臺(tái)上后， 用專用夾具進(jìn)行縱縫對(duì)裝并臨時(shí)固定， 并按 《焊接工藝規(guī)程》 施定位焊， 并在管口作十字撐固， 組圓過(guò)程中不得用錘擊或其它損壞鋼板的器具校正。

2） 管節(jié)組裝符合下列要求： ①組裝平臺(tái)的平面度偏差不得大于1.5mm； ②實(shí)際周長(zhǎng)與設(shè)計(jì)周長(zhǎng)的差不得超出±3D/1000； ③縱縫對(duì)接間隙0 ～2mm、 徑向錯(cuò)邊量不得大于2mm； ④管口平面度極限偏差： 小于5m管徑不得大于2mm； 大于5m 米管徑不得大于3mm； ⑤管口圓度 （指同端管口相互垂直兩直徑之差的最大值） 的偏差不應(yīng)大于3D/1000， 最大不大于30mm； ⑥撐固位置距縱縫不大于100mm、 以便縱縫焊接。

2.2.10 管節(jié)縱縫焊接、 焊縫探傷

管節(jié)縱縫為一類焊縫， 采用埋弧自動(dòng)焊。

焊接順序： 1） 焊前準(zhǔn)備、 清理； 2） 焊內(nèi)縫； 3）外縫清根； 4） 焊外縫。

施焊各個(gè)過(guò)程嚴(yán)格遵照 《焊接工藝規(guī)程》 進(jìn)行。

焊縫探傷： 按一類焊縫要求， 1） 焊內(nèi)縱縫； 2） 移動(dòng)焊接操作臺(tái)； 外縱縫清根； 焊外縱縫； 3） 焊縫探傷。

2.2.11 加勁環(huán)組拼、 焊接

1） 設(shè)加勁環(huán)組拼胎模； 加勁環(huán)內(nèi)圓弧與胎模的間隙不得大于2.5mm； 2） 將加勁環(huán)放在胎模上、 調(diào)正位置、 剛性固定； 3） 焊加勁環(huán)接頭頂面； 4） 拆除剛性固定。

2.2.12 調(diào)圓、 加勁環(huán)與鋼管組裝、 焊接

1） 將管口十字撐拆除、 管節(jié)吊入撐圓器上、 調(diào)正位置； 2） 撐圓、 劃加勁環(huán)組裝位置線、 加勁環(huán)與管體組裝； 3） 加勁環(huán)與管體定位焊、 加勁環(huán)接頭施焊 （當(dāng)加勁環(huán)距管口大于300mm時(shí)管口還需作十字撐）； 4） 管節(jié)吊出撐圓器， 加入內(nèi)支撐后， 加勁環(huán)與管壁施焊 （四個(gè)焊工對(duì)稱分段焊、 需多次翻身完成）。

2.2.13 鋼管管節(jié)與加勁環(huán)組裝

鋼管管節(jié)與加勁環(huán)組裝符合下列要求： 1） 加勁環(huán)與管壁的垂直度極限偏差不得大于5mm； 2） 加勁環(huán)與管軸線的垂直度極限偏差不得大于12mm； 3） 加勁環(huán)的對(duì)接焊縫應(yīng)與鋼管縱縫錯(cuò)開(kāi)200mm以上； 4）加勁環(huán)和鋼管縱縫交叉處， 應(yīng)在加勁環(huán)橢圓弧開(kāi)半徑25mm～50mm的避縫孔； 5） 加勁環(huán)的避焊孔、 焊縫端頭應(yīng)封閉焊接。

3 結(jié)語(yǔ)

本文從壓力管道的制作場(chǎng)地和設(shè)備的布置、 壓力鋼管的制作工藝方面， 闡述了壓力管道的的制作流程， 為壓力管道的設(shè)計(jì)和制作提供參考。 壓力管道是輸水建筑結(jié)構(gòu)中十分重要的組成部分， 提高輸水建筑物的整體質(zhì)量及后期運(yùn)行的安全需要從壓力管道制作的角度出發(fā)， 對(duì)制作生產(chǎn)過(guò)程中涉及的技術(shù)以及具體的操作方法等應(yīng)用特點(diǎn)有一個(gè)全面且深入的了解， 綜合運(yùn)用各種先進(jìn)的技術(shù)并對(duì)各方面的施工流程進(jìn)行優(yōu)化，最大程度上提高壓力管道自身的穩(wěn)定性和安全性。