引水壓力鋼管岔管組拼及試驗施工技術探討

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。電站地下輸水系統壓力鋼管共為2條，由上到下分別為：上平段、調壓井段、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，主管進口內徑為5.5m，支管出口內徑為4.2m，月牙板厚150mm，筒體板厚72mm，母材材質為07MnCrMoVR。岔管在國內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

2.1 場地布置及平臺搭設

由于岔管重量超出施工現場吊車起吊范圍，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的作業場地，對在此區域的土建鋼筋進行保護處理。

現場拼裝平臺制作根據岔管在制作廠家已經制作完成的結構支墩尺寸和岔管進行拖排運輸時的結構需要進行制作，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1#主洞的軸線進行定位，為保證平臺的穩定性和整體強度，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

地樣放置根據拼裝平臺制作時的定位中心線和相關位置關系進行確定，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，利用常規的壓碼、千斤頂等工器具進行壓縫處理，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，環縫對口錯邊量、環縫間隙及主支管（進口／出口）的圓度等。驗收合格后進行焊接。焊接完成后，再次復測，要求檢測的項目極限偏差在國家規范要求的范圍內。

3 岔管焊接施工技術

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，岔管上方兩側各3名焊工、岔管下方兩側各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

3.2.1 焊前準備

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

焊材烘烤：焊條使用前，需檢查外觀質量，必須嚴格按照使用說明書規定進行烘烤。焊接材料應設專人烘烤、保管、發放，并記錄。烘干后的焊條應轉至150℃的恒溫箱內保溫，隨用隨取，焊工領用的電焊條必須放在保溫桶內，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

焊前進行定位焊，定位焊時先用烘槍預熱，預熱溫度比正式焊接預熱溫度（100℃）高出20℃以上，定位焊在小坡口一側，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，預熱溫度達到100℃以上時方可以進行正式焊接，現場采用LWD加熱柜、履帶式加熱片進行加溫，預熱區域為3倍的板厚即焊縫中心兩側寬度216mm。

焊接過程中，為防止因焊接應力而產生的角變形，根據變形的實際情況調整焊接順序，控制管節焊縫處的弧度在一定標準范圍之內，當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，每一層均采用風鎬式消應槍進行錘擊消應（消應槍頭應磨成R=5mm球狀圓頭、氣源壓力控制在0.65Ma左右，在每段或層面上進行錘擊消應，錘擊焊縫表面至密布麻坑為止），錘擊過程應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處理，錘擊過程中如發生皺皮和裂紋要及時處理干凈。

由于07MnCrMoVR屬于高強鋼，應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熱溫度。

焊接過程中，隨時檢查履帶式加熱片，如發現加熱片有損壞的應及時更換，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。

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

3.2.3 焊縫質量檢測及缺陷處理

岔管的所有縱縫和環縫均為一類焊縫。焊縫外觀檢測及無損探傷遵守DL/T5017-2007的有關規定，無損檢測人員應持有無損檢測人員資格鑒定工作委員會簽發的資格證書，評定焊縫質量由Ⅱ級或Ⅱ級以上的檢測人員擔任。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，根據業主方SEB要求，同時對岔管所有拼裝焊縫進行100%γ源射線探傷（RT）復核檢查。

當焊縫發現有不允許的缺陷時，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，確認裂紋已經消除方可返修。焊縫同一部位的返修次數不宜超過兩次。超過兩次以上返修時，應查明原因，制定可靠的返修工藝措施，并經單位技術負責人批準，方可返修處理。返修后的焊縫，應重新檢查。

4 岔管水壓試驗施工技術

岔管焊接完成檢驗合格后，按DL/T5017-2007第9節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量，同時也能降低焊縫內部約束應力。根據設計技術文件，岔管設計壓力為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徑和岔管管口內徑相同，悶頭板厚和技術要求按照ASME推薦壓力容器計算公式進行設計，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，然后將岔管內的水排空，進行悶頭切割，并切割掉焊接熱影響區約300mm的余量。

4.2 水壓試驗前的檢查

岔管水壓試驗前，應確保岔管及悶頭的幾何尺寸正確，焊縫外觀和內部質量合格。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定性，同時檢查岔管瓦片的內支撐，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，在岔管所有焊縫側需要搭設專用爬梯，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。當排氣管上部出水并不再有氣泡時關閉排氣閥與旁通閥，注水結束。

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，緩慢升至設計壓力，保持10min；對岔管進行檢查，若情況正常，繼續升至試驗壓力值，保持5min；再次檢查有無滲水和其他異常情況，若無異常，經確認后利用打壓設備上的泄壓閥將壓力降至設計壓力，保持30min，整個水壓試驗過程中應無滲水和其他異常情況。岔管水壓試驗壓力與時間關系見圖2。

圖2 岔管水壓試驗壓力與時間關系圖

試驗過程中如出現泄漏和其它異常現象應立即停止加壓，需要處理時必須在卸壓后進行。水壓試驗升、降壓順利，試驗過程無異常現象，經各方會簽確認后方水壓試驗結束。

5 結論

本文結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場實際，提出該岔管所采用的施工技術措施。工程實踐表明，該岔管拼裝所采取施工技術完全符合國標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問題的探討[J].公路與汽運，2008，23(9)：265-267.