積石峽水電站大直徑壓力鋼管整體卷制對螺旋線變形的控制

薛偉偉，李曉剛，徐 鑫

（黃河上游水電開發有限責任公司工程建設分公司，青海 西寧 810000）

0 引言

積石峽水電站引水壓力鋼管采用一機一管的布置方式，鋼管內徑11.5 m，鋼管的制作是國內首個采用整體卷制的工程項目，本項目的創新在于首次實現了大直徑鋼管的一次性整體卷制成形，大直徑鋼管鋼板組對、翻身輸送、焊接、整體卷制工序過程實現了自動化流水線作業，降低了人工和輔材消耗的成本，提高了生產效率，壓縮了生產工期，填補了國內大型壓力鋼管現場整體卷制制造的空白。

1 整體卷制工藝流程

整體卷制工藝流程為：①鋼板在專用鋼平臺對接→②鋼板正面埋弧自動焊接→③組合翻板機翻身→④鋼板反面埋弧自動焊焊接→⑤鋼板平移輸送→⑥鋼管卷制輸送系統→⑦鋼管卷制（專用輔助支撐配合卷板機作業）→⑧在卷板機上合攏對縫→⑨完成合攏縱縫焊接→⑩機上校圓→11○抓梁提取鋼管并翻身平置→后續工序。從工序①到⑩在成套設備支持下，全過程無需起吊設備實現機械化流水線作業。避免了大量的人力投入，減低工人勞動強度，取消了大量的起重作業工作量，大大提高了生產安全系數，提高了鋼管產能。

2 條形板卷制螺旋線性變形及傳統處理方法

2.1 螺旋線性變形的產生

壓力鋼管每個管節由3塊瓦片組成，共3條縱縫，其中2條為拼板對接縱縫，1條為封口對接縱縫，2條拼板對接縱縫雙面埋弧焊完成后，36.11 m長的條形板形成，即進入整體卷板工序。

整個條形板卷制完成后，理論上應形成標準圓環，而實際條形板在卷制過程中，因多種因素往往發生螺旋線性變形。積石峽水電站壓力鋼管卷制成形后，螺旋升角為 0.5°～1°,雙對接板端最大螺距（軸向錯邊）達70～200 mm（見圖1）。

圖1 螺旋線性變形產生的錯邊

2.2 傳統處理方法

按照傳統處理該錯邊的辦法既是用手拉葫蘆沿軸線方向將錯邊拉回，點焊定位后再進行內壁封口對接埋弧焊。

實際在將錯邊拉回校正的同時，圓環又發生了較為復雜的變形，進水口與出水口發生了相似但卻相反的彈性變形，兩封口對接邊由近似平行錯邊變形為空間相交變形。若在只做簡單調整，而未做徹底有效處理情況下即進行點焊定位，進行埋弧自動焊，往往會出現封口焊縫兩端徑向錯邊缺陷；又因封口對接邊發生不平行變形，致使埋弧自動焊行走小車噴嘴發生一定角度的偏移，造成焊道未焊滿，蓋邊不足缺陷。因焊道不滿，未蓋邊缺陷而進行手工補焊，改變和降低了焊道組織的均一性。

為消除徑向錯邊所造成的對接縫正反表面凹凸不平缺陷，往往采用直接打磨修正，或將正反表面缺陷部位補焊后再進行平順過渡打磨。兩種修正的方法本質區別在于，前一種是犧牲母材的打磨，后果是使母材局部變薄，造成管節圓周上的不等強度；而后一種是焊補后打磨焊補區以達到平順過渡，對于錯邊缺陷采用補焊修磨處理，符合DL 5017《壓力鋼管制造安裝及驗收規范》要求。

3 產生螺旋線性變形的原因及處理措施

3.1 產生螺旋線性變形的原因

（1）瓦片拼板縱縫兩端間隙不均，縱縫焊道收縮不一致，條形板給進產生縱向偏移。

（2）卷制平臺為單側限位，卷板給進平臺在板材前進方向右側垂直于平臺設置4根可以轉動的限位輥，其只能起到單側限位作用。

（3）卷板高架支撐平臺，設4套（2×8個支撐點）可以徑向擺動，自行調整支撐點的液壓支撐裝置。2×8個支撐點準確參與支撐工作的可靠性較低。

（4）卷板機上、下卷輥不平行造成卷板間隙差異，板材原始軋制厚度在平面上的偏差均可使條形板給進發生偏移。

（5）高架支撐平臺只有對管節的徑向支撐而無軸向的限位，條形板在卷制過程中所發生的軸向偏移無法有效控制。

3.2 處理措施

（1）在瓦片拼板工序即嚴格按要求控制拼板縫的尺寸公差及相對位置公差。

（2）條形板給進系統的單側限位裝置改為雙側限位，減小條形板行進直線偏差。

（3）定期檢查和校準。定期檢查、校準卷板三卷輥間平行準確度。

（4）進一步調整、修正管節高架支撐結構，努力提高2×8個支撐點全部參與工作的可靠性，使高架支撐機構在管節卷制過程中的條形板在徑、軸向均得到可靠支撐和限位。

（5）對已發生的錯邊可采用專門設計的卡具對板端進行有效調整，直至對接板端無明顯錯邊后才能定位焊；待整條封口焊縫調整至符合要求后再分別進行雙面埋弧焊。

（6）對已發生的錯邊缺陷不允許以打磨掉原母材的方法消除，應采用補焊后再進行修磨的消除缺陷工藝。

4 結語

整體卷制技術是壓力鋼管制作的一種新工藝。在以往的水電站建設中，大直徑引水壓力鋼管由單片瓦片組焊而成，費時費工，勞動強度大，質量不易控制。整體卷制技術改變了壓力鋼管制作的傳統工藝，提高了機械化水平和勞動生產效率。但是此種制作工藝在管節卷制成形過程中往往會發生螺旋線性變形，如果未能采取可靠措施來進行有效修正消除，勢必影響管節的制作質量。所以完善整體卷制工藝的重點是盡量減小卷制過程中的螺旋線性變形，研制可靠的專用調校卡具，建立較科學正確的消缺工藝，對已發生的螺旋線性變形進行有效的修正消除。只有逐步完善大直徑壓力鋼管的整體卷制工裝設備和管節卷制焊接工藝，才能卷制生產出合格優質的大直徑壓力鋼管。