淺談循環(huán)水管道埋弧焊接輔助裝置在管道施工中的應用

馬驥

摘要：本文對天津北疆二期擴建2×1000MW機組工程循環(huán)水管道施工進行介紹，并總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗。作者在此項目施工中任總工程師，全過程參與循環(huán)水管道的施工。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水管道;焊接;輔助

天津北疆二期擴建工程循環(huán)水管道DN3600共計830m，DN2600共計560m，DN2200共計150m，DN1400共計180m，總計3200噸，計劃制作安裝工期5個月。循環(huán)水管道在平臺地面上滾動焊接，現(xiàn)場施工區(qū)域小、效率低。為此，專門成立QC小組進行攻關(guān)，并取得良好效果。

1新型循環(huán)水管道埋弧焊接輔助裝置研制

1.1焊接現(xiàn)狀

焊接方式采用搖臂式支架埋弧焊接方式，缺點為：只能對單條焊縫焊接;受搖臂長度限制;只能對管道組合長度<6m的管道焊接;效率低，不能滿足工期;對直縫焊接時需增加輔助裝置，影響效率。

此項目循環(huán)水管道分四種規(guī)格，共1720米，采用此焊接方式平均每日完成焊口5.9只。以該速度，完成焊接預制（1157只）需180天。計劃時間僅90天，該焊接速度無法滿足。

1.2新型焊接輔助裝置研制目標

為滿足要求，需研制新型埋弧焊接輔助裝置，可實現(xiàn)兩道焊縫同時焊接，直縫及環(huán)縫同時焊接，適用不同口徑（DN1400-DN3600）、不同組合長度（≤8m），平均每日完成焊口12只。

1.3設(shè)計方案的選擇

方案一：制作可調(diào)節(jié)式立式支架，根據(jù)不同口徑的管道調(diào)節(jié)兩套焊機高度，實現(xiàn)內(nèi)外口、直縫、環(huán)縫同時焊接，焊機與焊縫的距離可調(diào);管道滾動部分帶動管道旋轉(zhuǎn)完成環(huán)縫焊縫，電動托架的移動帶動焊機直縫焊接。

方案二：管道頂升裝置調(diào)節(jié)焊機高度，調(diào)節(jié)焊機與焊縫的距離;管道滾動部分帶動管道旋轉(zhuǎn)，使焊接覆蓋焊縫，可對環(huán)縫、加固圈焊接。

綜合比較，方案一在各方面都優(yōu)于方案二，因此用方案一。

1.4裝置組成結(jié)構(gòu)分析

1.4.1管道滾動部分分析

兩種思路，第一種是可調(diào)式電動滾動架，第二種是自調(diào)試電動滾輪架。綜合比較，第二種滿足各種口徑自動調(diào)節(jié)，比第一種快速高效：選擇Y80M2-4三項異步電動機的自調(diào)節(jié)滾輪架，底部高度L=1100mm，滾輪直徑為200mm。

1.4.2上部焊機行走軌道結(jié)構(gòu)選擇

制作焊機行走軌道，焊機可沿軌道進行直縫焊接，增加橫撐保證兩角鋼間距離，支架要承重焊機重量、焊接過程中保證焊機穩(wěn)定性，同時保證焊嘴與焊縫間的距離滿足要求。可以全用角鋼制作，也可用角鋼+工字鋼或角鋼+槽鋼制作，綜合看用角鋼+工字鋼制作好。

1.4.3可調(diào)節(jié)立式支架

（1）上部支架部分選擇

埋弧焊機支架作為支架，連接不同口徑管道焊接焊機支撐，設(shè)計不同連接結(jié)構(gòu)，可同時承擔兩套焊接軌道支撐焊接。圓弧形埋弧焊機支架固定點不易固定，導致焊機穩(wěn)定性差，選方形支架固定點可行性高。

（2）焊機軌道支架與立架連接方式的選擇

連接方式有焊接、銷軸插接和搭接三種。為保穩(wěn)定，拆卸方便，焊機軌道支架與立架可移動、同時對內(nèi)外口焊機施工，用銷軸插接方式。

（3）底部可調(diào)節(jié)支撐部分選擇

移動式通過頂升裝置調(diào)節(jié)頂升范圍，適應不同管道高度，下部設(shè)萬向輪方便移動，安裝內(nèi)部焊機軌道支架安裝，保證內(nèi)部焊接要求，上部頂升版四個角開50mm圓孔，插入限位管，管與底部鋼板用焊接方式連接;固定式下部鋼板鋪設(shè)于地面保證穩(wěn)定，其它與移動式方式一樣。移動式在穩(wěn)定性、承載力和可操作性都優(yōu)于固定式。

①萬向輪結(jié)構(gòu)選擇

帶剎車式有剎車，受外力影響小，操作方便;普通式易受外力影響，不穩(wěn)定。因此帶剎車式實用性高。

②萬向輪直徑選擇

根據(jù)底部鋼板（1m×1m）不易用直徑超過300mm，支架穩(wěn)定受重心與地面高度影響，選萬向輪直徑為150mm。

③萬向輪材質(zhì)選擇

充氣式重量輕易攜帶，承重110KG，承受力小易變形;聚酯滾輪承重850KG，承受力好;碳鋼滾輪重，承重960KG，用聚酯滾輪更合適。

④移動式支架穩(wěn)定方式選擇

移動式支架可用加鋼板延長三角支撐穩(wěn)定，也可用剎車式萬向輪穩(wěn)定。加鋼板延長三角支撐在底部鋼板設(shè)三個支腿，夾角120°呈三角形焊接，支腿前段用螺帽焊接，安裝螺栓固定于地面，螺栓根據(jù)地面平整度調(diào)節(jié)，底部支撐面積大，安全性好;用螺栓固定，可拆卸，使用方便。剎車式直接固定于地面，靠剎車裝置保證穩(wěn)定，底座支撐面積小，安全性和穩(wěn)定性差，因此采用加鋼板延長三角支撐。

⑤頂升裝置的選擇

頂升裝置分電動液壓頂升和機械頂升。電動液壓頂升裝置承載力在3t以上，電動調(diào)節(jié)，兩側(cè)可同步同時操作，頂升高度同步;機械頂升裝置承載力在2t左右，手動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)麻煩，兩側(cè)不可同步，頂升高度易產(chǎn)生誤差，選擇電動液壓頂升裝置使用。

⑥調(diào)節(jié)范圍的確定

埋弧焊機焊嘴部位可調(diào)節(jié)焊嘴與管道焊縫間距離，調(diào)節(jié)范圍為0-100mm，軌道支撐厚度為95mm，焊機調(diào)節(jié)范圍為5mm，滿足要求。

不同口徑管道最低點焊縫間距最大偏差為170mm。

為方便移動焊機上部支撐不拆除而方便埋弧焊機支架移動，應保證焊機軌道支撐底部與管道焊縫間距離≥50mm。

因此最大頂升高度為220mm。

⑦頂升裝置型號選擇

第一種CL63/50-250L：推力（T）20KN，缸體高250mm，頂升高100mm，無壓狀態(tài)高360mm，重量16.3kg。

第二種CL80/50-400L：推力（T）25KN，缸體高430mm，頂升高220mm，無壓狀態(tài)高510mm，重量37kg。

第三種CL100/50-500L：推力（T）30KN，缸體高520mm，頂升高500mm，無壓狀態(tài)高750mm，重量75kg。

根據(jù)缸體高度可判定，第二、三種滿足要求。根據(jù)前面分析底部焊機Bmin=830mm，Bmax=1000mm。底部萬向輪H=300mm，第二種方案Bmin>810mm且Bmax<1030mm，且該型號T=2.5t滿足要求，自身重量小可人工移動安裝;第三種型號Brnin<1050mm。所以選擇第二種。

⑧頂升裝置限位選擇

頂升裝置可用圓環(huán)式或插銷式，圓環(huán)式是將圓環(huán)焊接于鋼管，防止過頂升圓環(huán)受力面積大，受力強，焊接完成后不能拆卸，安全性較高;插銷式是將鋼管鉆孔，用螺栓穿入孔內(nèi)，螺栓側(cè)界面受力，受力性能差，焊接完成后方便拆卸，但開孔部位受力小，安全性低，因此選擇圓環(huán)式焊接限位。

1.4.4焊接自動裝置各尺寸最終確定

焊機行走軌道支撐長10000mm，寬400mm;立架上部支架長3800mm，寬600mm;底部裝置長599mm，寬1000mm;整體高4359mm，寬12000mm。

2裝置制作與試驗

根據(jù)設(shè)計圖紙加工制作，多方面進行實驗分析。根據(jù)結(jié)果，焊接裝置安全穩(wěn)定、操作方便、焊接速度快、合格率滿足，可推廣。該裝置可用于不同管徑、型號的管道，預制效率提高125%，焊口一次合格率達到98.03%。

3結(jié)束語

循環(huán)水滾動焊接裝置的研制，提高管道的預制效率，為以后同類工程管道預制安裝打下良好基礎(chǔ)，開拓新的發(fā)展空間。