獅子坪水電站壓力鋼管整節湊合安裝質量控制

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選用河南舞陽鋼鐵有限公司生產的WDB620高強鋼。壓力鋼管總長度為606m，總工程量為1784t，安裝可細分三個平段、兩個斜段、四個彎段、兩個岔管及三個支管段。鋼管制作、安裝單位為中國葛州壩集團所屬分包單位——四川華電中地建設公司。

為盡量減少工期損失并減少湊合節縱縫數量以保證湊合節安裝質量，要求調整湊合節的湊合方式，由原來的瓦片湊合改為整節湊合。對于這種大中型(直徑3.9m)壓力鋼管的整節湊合安裝，當時國內還沒有可以借鑒的經驗。對于此類鋼管整節湊合，如何保證其順利吊裝就位及尺寸間隙符合規范、設計要求，具有相當難度和一定的風險。

獅子坪水電站壓力鋼管設計板厚為24～40 mm，管徑由主管段3.9m遞減至支管與機組球閥接口處的1.3m。壓力鋼管安裝共兩個湊合節，分設在中平和下平兩個平段。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的WDB620。

2 施工難點

對于這種大中型壓力鋼管整節湊合方式，經過對現場施工工序和驗收規范進行認真分析研究后認為，壓力鋼管整節湊合存在以下幾個難點:

(1)測量方法、測點布置數量和測量誤差直接影響安裝精度;

(2)吊裝吊點與現場起重設備及管口平面度將影響其安裝下落的順利與否;

(3)湊合節預留的湊合長度與兩個管口的實際距離尺寸會對對裝和焊后間隙驗收造成影響;

(4)湊合節上下游鋼管的軸線偏差將直接導致組裝錯牙。

3 測量方法的選擇

3.1 測量控制要點及方法

整節式湊合施工中最關鍵的就是管口數據取樣的準確性，它將直接關系到湊合節吊裝下放的順利與否和對裝間隙能否滿足驗收規范要求。根據壓力鋼管制造安裝及驗收規范(DL5017－93):間隙Δ≤3mm，同時又要保證湊合節的順利下放且不能出現卡阻現象。因此，在安裝湊合節上下游壓力鋼管時要進行針對性控制，使兩管節管口間距成“上大下小”倒八字形，原則上將每個管口的傾斜值控制在5mm以內。對于管口測量數據的提取，承包商采用0.5s級TC2003全站儀加鋼直尺、卷尺的方式。湊合節安裝之前，在其安裝部位下面放置1#及2#基準點(圖1)，要求兩個點在同一樁號上。測量時，全站儀先架設在1#點上，后視2#點測量左半圈的管口值，然后架設在2#點上，后視1#點測量右半圈的管口值。測量時，用鋼直尺頂在管口上，由全站儀測量出A、B值，同時用卷尺測量C值進行校核。運用該測量方法，可以將測點精度控制在0.5mm以內。在該部位壓力鋼管的整節湊合上，每個管口選取均分40個點位并確定相應的點位間距，分點時，以管口上中心為基準向下中心分，并用樣沖打上標記(圖2)。

圖1 湊合節的位置及其基準點設置示意圖

圖2 湊合節測量點位分布圖

3.2 數據分析與校核

按上述測量方法進行實測，并對相應測點數據進行分析統計，以保證管口間距成“上大下小”倒八字形為目的，在此基礎出上再反復對管口間距尺寸進行微調、打磨及復測，以最終保證湊合節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

要求將湊合節上下游壓力鋼管的軸線偏差必須調整到2mm范圍內。

3.4 湊合節制作數據

湊合節的間隙在既滿足規范要求的基礎上，又應做到吊裝時不出現卡阻現象。經綜合分析，每邊間隙取2～3mm。制作數據在現場實測A、B值的基礎上各減去3mm，偏差為0至+1.0mm。下料時，根據現場分點的距離均布40個點，然后依據現場提供的測量數據進行下料。

4 焊接

4.1 主要焊接工藝

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

焊接時采用多層、多道、對稱、分段、退步的焊接方法施工，層間厚度小于4mm;接頭錯開30 mm，各對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60%左右，背面清根，焊接背面小坡口側，小坡口側留兩層不焊，待焊完大坡口側以后最后焊完小坡口側。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。焊接時注意控制每名焊工的一致性。

焊接完成后，立即進行150℃ ～180℃ ×2h后熱。

4.2 錘擊工藝及要求

(1)錘擊工作由專人實施，要求1名焊工配1名錘擊人員，錘擊過程由承包商質檢員跟班進行監督。

(2)錘擊采用C6型風鏟，風鏟釬頭磨成R=5mm的球狀圓頭。

(3)氣源壓力應能確保風鏟工作壓力在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，每焊一層均進行錘擊，錘至一定麻面為止。

5 焊縫內部質量控制

在合攏縫焊接過程中，除進行一系列監測外，對焊縫內部質量也進行了嚴格的控制。焊接過程中，背面清根后進行了PT檢測，檢查其是否存在表面裂紋，及時發現焊縫缺陷。焊接結束后，對長12.544m的合攏環縫進行了100%的UT檢測，UT探傷一次合格率為99.6%。

6 結語

獅子坪水電站中、下平段壓力鋼管采用整節湊合安裝技術具有相當大的難度。通過施工過程控制及最終檢測結果可以得出以下結論:

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

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

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

(4)對于尺寸測量的時間選擇，必須要等湊合節上下游相鄰管節環縫焊接完成后進行。

(5)采用整節湊合方式，避免了湊合節縱縫焊接造成的約束應力。

筆者認為:獅子坪水電站中、下平段采用整節湊合安裝技術，在測量控制技術方面、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新性。