淺析水利水電工程壓力管道制作技術

段杰

(云南水利機械有限責任公司， 云南 昆明 650000）

關鍵字: 水利水電工程； 壓力鋼管； 制作工藝

1 概述

隨著水利水電的發展， 山區和山谷地區的高水頭， 大型和超大型水利水電項目也越來越多， 對設計工作也提出了更高的要求。 同時， 壓力管道的管徑、厚度、 材料強度、 生產強度和生產難度也在增加， 管道結構也越來越大。 近年來， 鋼襯鋼筋混凝土管已成為我國快速發展的新型結構， 主要用于高水頭， 高速水利和水電項目。 壓力管道是鋼襯鋼筋混凝土結構的重要組成部分。 在水箱， 前池或調壓室的壓力下， 將水引入渦輪機或其他設備中， 以滿足發電和供水的要求。

2 壓力管道的制作技術

2.1 制作場地及設備布置

壓力管道的布置類型應綜合考慮地形， 地質條件， 廠房和輸水系統布置， 管道水力條件和經濟因素等因素來確定。

該水電站壓力鋼管的制作場地位于砼拌合站旁，總占地面積約為5600m。 場地分為2 個臺階平地。 下臺階為主生產廠區， 占地面積約為5200m； 上臺階為生活營地， 占地面積約為400m。

生產廠區占地面積約為5200m， 主要有以下布置： 1） 移動式鋼結構廠房跨度 15m， 長 20m， 主要用于瓦片的組圓、 焊接、 其它零星結構的制作及下雨時卷板機的防雨； 2） 30t（軌距 24m， 長度 130m）門機、 20t（軌距24m， 長度130m） 門機各一臺， 承擔鋼板和瓦片、 轉運、 裝車以及卷板配合工作； 3） 1臺120 ×3000mm三輥卷板機， 承擔鋼板瓦片卷制工作； 4） 1 個火焰半自動切割制造工位， 承擔部分瓦片和加勁環等下料、 坡口加工及應急工作； 5） 組圓、加勁環安裝、 焊接等4 個工位， 用于壓力鋼管制造、檢驗； 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； 7） 轉運臺車2 臺， 用于板材、瓦片及鋼管的廠內轉運存放、 運輸及防腐； 8） 20t門機的下布置有鋼板存儲工位、 瓦片存儲工位等。

2.2 壓力鋼管制造工藝

壓力紙的制造主要包括兩個部分： “整體軋制”和 “瓦片拼裝”。 瓦片拼裝的方法更為傳統。 工藝流程分為兩部分： 單節瓦片軋制和連接拼裝。 困難在于圓周縫焊接的質量控制部分。 整體軋制技術是一種新的壓力生產技術。 生產過程包括兩個部分： 整體軋制和多節鋼板拼裝兩個部分。 該技術生產過程的困難在于組裝精度和鋼管卷制過程兩個方面的穩定性。 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量控制如下。

施工措施制造大綱編制→編制材料分批供應計劃、 管節拼圖及零件工藝卡及各種瓦片下料程序→材料采購→材料進廠檢查 （含抽樣理化實驗和UT抽樣檢驗） →材質確認G→編號、 標記移植→瓦片切割下料 （含加勁環及附件等） →坡口加工→瓦片卷制→填寫記錄表→交鋼管預組圓→鋼管預組圓→驗收G→防腐處理→出廠驗收H。

要求說明： 1） 瓦片下料及坡口切割均采用數控、半自動切割機切后用12m銑邊機加工坡口； 2） 異形管采用數控切割并開坡口， 坡口表面均使用電動角磨機打磨出金屬光澤； 3） G、 H為質控流程中的停止點， H為監理工程師參與。

2.2.2 鋼板矯平

對平面度偏差較大的鋼板進行矯平。 矯平后平面度偏差小于等于1mm。 使用設備： WD43M-30x2500數顯精密板料矯平機。

2.2.3 鋼板劃線

根據設計圖紙要求， 鋼板劃線時， 每端放5mm至8mm加工余量 （即單塊長度方向總加長10mm至16mm）， 以鋼板較直的一個長邊為基準劃兩端修邊切割線。 鋼板劃線的極限偏差應符合下表1 的規定。

表1 鋼板劃線的極限偏差

序號 項目 極限偏差（mm）序號項目極限偏差（mm）±0.5 1 寬度和長度 ±1 3 對應邊相對差 1 2 對角線相對差 2 4 矢高 （曲線部分）

2.2.4 下料及坡口加工

本工程主管內徑為5.6m、 5.0m及支管4.0m的鋼管， 每個管節用兩個瓦片組拼， 支管2.1m的鋼管按單個瓦片卷制， 各管徑下料周長按中徑展開值計算。

1） 下料。 采用數控切割機下料， 用角磨機對割口的表面淬硬層、 過熱組織等進行打磨， 打磨露出金屬光澤。 下料后保證寬度和長度偏差為±1mm， 對角線相對差為2mm， 對應邊相對差為1mm。 切割面的熔渣、 毛刺應用砂輪磨去。 切割時造成的溝槽深度不應大于0.5mm， 當在0.5mm～2mm時， 應進行砂輪打磨， 當大于2mm時應按要求進行焊補后磨平。 若有可疑處應進行超聲波檢查。

2） 坡口及邊緣加工。 坡口先采用半自動切割機粗切割， 再用銑邊機加工四周邊緣及坡口， 鋼管瓦片坡口按設計要求為X型內坡口。

2.2.5 標記、 劃線

依據鋼管安裝總圖及業主、 設計、 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、 水流向、 水平軸、 垂直軸等標記， 用鋼印、 油漆、 樣沖作標記并在周邊坡口處涂刷不影響焊接的車間底漆。

標記控制要求： 1） 在同一管節中縱縫與水平軸、垂直軸所夾角應錯開15°以上。 （縱縫嚴禁在垂直軸線及水平軸線10°范圍內設置）； 2） 相鄰管節的縱縫應錯開500mm以上。

2.2.6 加勁環下料

加勁環數量較多， 用數控切割機進行下料， 此種方法材料利用率達到97%， 比傳統下料方法材料利用率提高30%以上， 對接處開坡口。

2.2.7 瓦片壓頭

為避免筒體縱縫接縫處形成直段， 鋼板卷制時需提前壓頭處理， 壓頭的長度不小于300mm， 壓頭的弧度應與鋼管管徑相一致 （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 型三輥卷板機卷制。 在卷板時利用加工廠內配置的30t龍門吊配合， 防止鋼板初始卷制壓弧時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， 將瓦片以自由狀態立于平臺上， 用樣板檢查弧度， 其間隙符合表2 規定。

表2 樣板與瓦片的極限間隙

鋼管內徑D（m） 樣板弦長（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 管節組圓

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

2） 管節組裝符合下列要求： ①組裝平臺的平面度偏差不得大于1.5mm； ②實際周長與設計周長的差不得超出±3D/1000； ③縱縫對接間隙0 ～2mm、 徑向錯邊量不得大于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 管節縱縫焊接、 焊縫探傷

管節縱縫為一類焊縫， 采用埋弧自動焊。

焊接順序： 1） 焊前準備、 清理； 2） 焊內縫； 3）外縫清根； 4） 焊外縫。

施焊各個過程嚴格遵照 《焊接工藝規程》 進行。

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

2.2.11 加勁環組拼、 焊接

1） 設加勁環組拼胎模； 加勁環內圓弧與胎模的間隙不得大于2.5mm； 2） 將加勁環放在胎模上、 調正位置、 剛性固定； 3） 焊加勁環接頭頂面； 4） 拆除剛性固定。

2.2.12 調圓、 加勁環與鋼管組裝、 焊接

1） 將管口十字撐拆除、 管節吊入撐圓器上、 調正位置； 2） 撐圓、 劃加勁環組裝位置線、 加勁環與管體組裝； 3） 加勁環與管體定位焊、 加勁環接頭施焊 （當加勁環距管口大于300mm時管口還需作十字撐）； 4） 管節吊出撐圓器， 加入內支撐后， 加勁環與管壁施焊 （四個焊工對稱分段焊、 需多次翻身完成）。

2.2.13 鋼管管節與加勁環組裝

鋼管管節與加勁環組裝符合下列要求： 1） 加勁環與管壁的垂直度極限偏差不得大于5mm； 2） 加勁環與管軸線的垂直度極限偏差不得大于12mm； 3） 加勁環的對接焊縫應與鋼管縱縫錯開200mm以上； 4）加勁環和鋼管縱縫交叉處， 應在加勁環橢圓弧開半徑25mm～50mm的避縫孔； 5） 加勁環的避焊孔、 焊縫端頭應封閉焊接。

3 結語

本文從壓力管道的制作場地和設備的布置、 壓力鋼管的制作工藝方面， 闡述了壓力管道的的制作流程， 為壓力管道的設計和制作提供參考。 壓力管道是輸水建筑結構中十分重要的組成部分， 提高輸水建筑物的整體質量及后期運行的安全需要從壓力管道制作的角度出發， 對制作生產過程中涉及的技術以及具體的操作方法等應用特點有一個全面且深入的了解， 綜合運用各種先進的技術并對各方面的施工流程進行優化，最大程度上提高壓力管道自身的穩定性和安全性。