沐若水電站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 長沙市 410007）

1 概 況

沐若水電工程位于馬來西亞沙撈越州境內拉讓（Rajang）河流域的上游，共安裝4 臺244 MW 機組。電站設有2 條引水系統壓力鋼管，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。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133.7 t，由一個主錐管和兩個支錐管組成，其公切球直徑為3.1 m，主管進口內徑為5.5 m，支管出口內徑為4.2 m，月牙板厚150 mm，筒體板厚72 mm，母材材質為07MnCrMoVR。岔管在國內進行分塊制作并進行預拼，岔管制作時分成5個單元，分別編號為29-1、29-2、29-3、29-4、29-5（圖1），運輸至工地后組拼成整體并進行水壓試驗。

2 岔管組拼

2.1 場地布置及平臺搭設

圖1 岔管分塊示意圖

由于岔管重量超出施工現場吊裝運輸設備能力，因此岔管拼裝場地布置在1#主洞洞口，拼裝場地平面尺寸約12 m×12 m，拼裝平臺根據岔管支墩尺寸和岔管進行拖排運輸時的結構需要進行制作，平臺上平面比1#主洞的地面高程高60 mm，平臺平面度控制在2 mm 以內。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。

2.2 拼裝樣點放置

根據拼裝平臺中心線和相關位置關系，在拼裝平臺上將岔管進、出水管口位置及中心位置在平臺上精確劃出并用樣沖和油漆標記。

2.3 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要求后進行加固，將29-1 和29-2 組焊成整體的管節吊裝就位。岔管組裝時按拼裝平臺上布置的樣點和控制點線進行測量控制，利用壓碼、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外形尺寸。

2.4 主要控制尺寸檢查

岔管組裝完成后，按照標準要求進行檢查，主要檢查項目包括主支管（進口／出口）垂直度、平面度、圓度、主支管（進口／出口）中心高差、主支管長度、支管口中心距離，環縫對口錯邊量、環縫間隙等。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規范要求的范圍內。

3 岔管焊接

3.1 焊接順序

岔管焊接分三部分進行：即先焊接圖1 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形焊縫時，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，順序為先仰焊后平焊。

3.2 焊接工藝

（1）材料、設備、人員及環境要求。

母材材質：07MnCrMoVR。

焊材：焊條（CHE62CFLH）Φ4.0/Φ3.2。

焊接方法：手工焊。

焊工人數：12 名。

設備：ZX7—400 直流焊機、ZX-1000 氣刨機、3 m3空壓機、保溫桶、磨光機（180 型）、YCH-200 焊條烘箱、消應槍、紅外線測溫儀、LWK-180KW 電加熱柜、清渣器。

電力特性：電焊機、氣刨機等一律采取直流反接法。

環境要求：由于工地現場經常有大雨和強烈的陽光直射，因此在岔管位置搭設防雨、防曬棚，確保焊接位置環境滿足施工要求。

（2）焊前準備。

焊前清理：所有擬焊面及坡口兩側各（50～100）mm 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。

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。焊接材料設專人烘烤、保管、發放，并記錄。烘干后的焊條轉至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，避免因時間長而在空氣中受潮。

（3）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℃）高約20℃，定位焊在小坡口一側，定位焊長度80 mm 以上且最少3層，厚度15 mm 以上，間距400 mm，防止加溫焊接時焊縫開裂。

按預熱溫度100℃對焊縫進行預熱，預熱采用LWD 型加熱柜、履帶式加熱片進行加溫，預熱區域為三倍的板厚即焊縫中心兩側寬度216 mm。

焊接過程中為防止產生超標焊接變形，對焊接變形量進行跟蹤測量，并根據變形量調整焊接順序，當焊接厚度達到板厚的30%時，進行背縫清根，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。

焊接過程中采用分段、分道退步跳焊，在開始焊接第3 層后，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=5 mm 球狀圓頭、氣源壓力控制在0.65 MPa 左右，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。

焊接過程中應嚴格控制焊接線能量，Φ3.2 焊條焊接電流控制在160 A 以下，焊道寬度≤12.8 mm，單根焊條施焊長度≥60 mm，Φ4.0 焊條焊接電流控制在200 A 以下，焊道寬度≤16 mm，單根焊條施焊長度≥80 mm，層間溫度不低于預熱溫度，后熱的溫度為（150～200）℃，后熱時間3 h。

（4）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。根據技術文件要求，拼裝焊縫采用100%表面著色滲透探傷（PT）、100%超聲波衍射時差法探傷（TOFD）、100%射線探傷（RT）。

當焊縫發現缺陷時，及時分析并找出原因，制訂返修工藝后方可返修。焊縫缺陷采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，采用滲透探傷法檢查打磨質量，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2 次。超過2 次以上返修時應制定可靠的返修工藝措施，并經技術負責人批準后方可返修處理。

4 岔管水壓試驗

根據設計技術文件，岔管設計壓力為4.29 MPa，水壓試驗壓力為5.36±0.2 MPa。

4.1 水壓試驗布置

岔管水壓試驗設有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，封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，在進口封頭上布置進水管、排氣孔、加壓管。水壓試驗采用10 MPa 的電動加壓泵，逐步升壓。水壓試驗完成后，首先卸壓，然后將岔管內的水排空，進行封頭切割，并切割掉焊接熱影響區余量，岔管水壓試驗布置原理見圖2。

圖2 岔管水壓試驗布置原理圖

4.2 水壓試驗前的檢查

岔管水壓試驗前，應確保岔管及封頭的幾何尺寸正確，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0.05 MPa/min，緩慢升至設計壓力，保持10 min；對岔管進行檢查，若情況正常，繼續升至試驗壓力值，保持5 min；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30 min，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3。

圖3 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。水壓試驗在升、降壓順利且試驗過程無異?，F象后水壓試驗結束。

5 結語

沐若水電站引水壓力管岔管組裝、焊接及壓力試驗從開工至試驗完成歷時3個多月，經對焊縫進行100%超聲波衍射時差法（TOFD）和100%射線探傷（RT）探傷，焊縫一次合格率達到了99.15%，在試驗壓力為5.36 MPa 保壓時未出現異常，升、降壓順利。沐若水電站引水壓力管岔管施工實踐表明，該岔管所采取的施工技術取得了良好的施工效果，可為同類工程提供借鑒。