大型曲面喇叭口鋼管制作工法

陳衛(wèi)平, 王寬貴, 何啟忠

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)機(jī)械船舶有限公司, 湖北宜昌 443002)

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大型曲面喇叭口鋼管制作工法

陳衛(wèi)平, 王寬貴, 何啟忠

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)機(jī)械船舶有限公司, 湖北宜昌 443002)

【摘要】藏木水電站是雅魯藏布江干流上第一座大型水電站，海拔3 300 m左右，由于交通不便，為了減少成品鋼管運(yùn)輸成本，鋼管需在現(xiàn)場(chǎng)制作，而施工現(xiàn)場(chǎng)加工設(shè)備有限，因此，異形產(chǎn)品的制作技術(shù)難度較大。文章主要通過(guò)大型曲面喇叭口鋼管的制作工法，詳細(xì)介紹了其工法針對(duì)特殊施工條件下的生產(chǎn)制作，對(duì)其放樣下料、壓弧成型、整體組裝等全套關(guān)鍵工藝，進(jìn)行了分析并制定合理的施工工藝，使其達(dá)到提高效率、縮短工期、降低成本的目的。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；大型曲面喇叭口；制作工法；質(zhì)量控制

1工程概況

藏木水電站右岸大壩鋼襯制造包括左、右沖砂底孔鋼襯及沖砂廊道鋼襯。其中，9#壩段為左沖砂底孔鋼襯，前端是截面為7.66 m×10 m的喇叭口，后接截面尺寸為5 m×6 m的方管，采用Q345R鋼板，壁厚20 mm；10#～15#壩段為沖砂廊道鋼襯，前端是截面為5 m×5 m的喇叭口，后接漸變段，后部為直徑3.4 m的鋼管，采用Q345R鋼板，壁厚20 mm；16#壩段為右沖砂底孔鋼襯，前端是截面為6 m×8.34 m的喇叭口，后接漸變段，后部為直徑4 m的鋼管，采用Q345R鋼板，壁厚20 mm[1]。

2大型曲面喇叭口鋼管制作工法

藏木水電站是雅魯藏布江干流上第一座大型水電站，海拔3 300 m左右，由于交通不便，為了減少成品鋼管運(yùn)輸成本，鋼管需在現(xiàn)場(chǎng)制作。而施工現(xiàn)場(chǎng)加工設(shè)備有限，因此，異形產(chǎn)品的制作技術(shù)難度較大。本工程共計(jì)8個(gè)曲面喇叭口，本工法針對(duì)特殊施工條件下的生產(chǎn)制作，對(duì)其放樣下料、壓弧成型、整體組裝等全套關(guān)鍵工藝，進(jìn)行了分析并制定合理的施工工藝，使其達(dá)到提高效率、縮短工期、降低成本的目的。

曲面喇叭口異形鋼管是水電工程鋼管進(jìn)口處的一段過(guò)渡段，一般情況下，大型鋼管根據(jù)長(zhǎng)度分為不同節(jié)數(shù)，每節(jié)分成不同瓦片。在曲面喇叭口的制作中，需重點(diǎn)解決展開(kāi)圖，確定下料尺寸、下料、壓弧成型、整體組裝、焊接變形控制及焊接殘余應(yīng)力消除等難點(diǎn)，屬于鋼管制造難度較大的一項(xiàng)產(chǎn)品。曲面喇叭口的制作施工工藝方法為：首先，瓦塊放樣下料是關(guān)鍵。該階段，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)一步分析，研究施工詳圖，在CAD繪圖軟件中進(jìn)行曲面喇叭口的放樣，然后根據(jù)各個(gè)分段瓦片的放樣尺寸，采購(gòu)定尺的鋼板，以此減少材料損耗。將空間曲面展開(kāi)后，放出分段瓦片的平面加工實(shí)樣，在鋼板上畫(huà)出樣板曲線，用半自動(dòng)切割機(jī)下料，在切割曲線的時(shí)候從放樣上細(xì)化，保證切割曲線盡可能平滑，切割完再打磨平整。其次，弧度的成型不僅影響外觀形象，更重要的影響節(jié)間連接、裝配質(zhì)量及焊接變形的控制。本工法運(yùn)用卷板機(jī)和拼裝工裝，有效控制了弧形瓦片卷制后的外形尺寸，并通過(guò)制定科學(xué)、合理的焊接工藝和焊接變形控制措施，以保證產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

3施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1工藝流程

曲面喇叭口鋼管施工的關(guān)鍵工序包括深化設(shè)計(jì)、細(xì)化瓦塊展開(kāi)圖、分塊放樣、下料、卷板、校正、整體拼接、焊接、檢驗(yàn)、防腐等。具體工藝流程見(jiàn)圖1。

3.2操作要點(diǎn)

3.2.1深化設(shè)計(jì)

由于工程的局限性，為了減少設(shè)備成本，制作現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有數(shù)控設(shè)備下料，所以無(wú)法使用一些放樣軟件，只能充分利用CAD繪圖軟件和鈑金展開(kāi)方法，在CAD中將每個(gè)瓦片的實(shí)樣畫(huà)出來(lái)，然后按放樣1∶1畫(huà)在鋼板上，在鋼板上勾畫(huà)出平滑曲線，再用半自動(dòng)切割機(jī)下料，盡量保證切口的平整。

(1)利用CAD繪圖軟件將喇叭口整體進(jìn)行展開(kāi)，整體展開(kāi)為4個(gè)弧段，兩兩對(duì)稱。根據(jù)板材尺寸和壓弧設(shè)備，將整體分塊放樣，此喇叭口高6 m，分兩節(jié)，材料寬度總共為18個(gè)瓦片，根據(jù)設(shè)計(jì)在放樣時(shí)要考慮焊縫錯(cuò)縫問(wèn)題，為了保證焊接收縮后喇叭口小端口外形尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，整體放樣是周長(zhǎng)設(shè)置20 mm的焊接收縮余量。整體放樣如圖2所示。

(2)針對(duì)瓦片①、④、⑤、⑥、⑧需要做詳圖，如圖3、圖4、圖5所示。

圖3　瓦片⑤展開(kāi)詳圖

圖4　瓦片①、④展開(kāi)詳圖

圖5　瓦片⑥、⑧展開(kāi)詳圖

3.2.2下料

曲面喇叭口瓦塊中，瓦片②、③、⑦、⑨輪廓線為規(guī)則的瓦片，瓦片①、④、⑤、⑥、⑧輪廓線為曲線且不規(guī)則，其中，瓦片②、③、⑦、⑨可直接在鋼板上畫(huà)線放樣后切割下料，瓦片①、④、⑤、⑥、⑧的弧段需要畫(huà)出均勻的曲線。在勾畫(huà)出平滑切割線時(shí)，考慮切割面的平滑度，采用多分點(diǎn)的方法，以直線代替曲線，順次直線連接成形，通過(guò)在CAD繪圖軟件中對(duì)比，用該方法做圖與原圖實(shí)際尺寸相差僅為0.1 mm以內(nèi)，完全滿足精度要求。切割后的工件直線精度控制在±0.5 mm，其切口細(xì)，半成品切割面光滑、平整，相交邊過(guò)渡方法可調(diào)，根據(jù)需要交角平滑過(guò)渡，無(wú)缺角，下料質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。同類(lèi)型喇叭口總共有6個(gè)，為了提高效率，加快制作進(jìn)度，制作一塊模板進(jìn)行放樣劃線。

各瓦塊下料后，分節(jié)分段編號(hào)，標(biāo)注水流方向。

3.2.3構(gòu)件壓彎成形

曲面喇叭口整體分為4片，兩兩對(duì)稱，分別由5個(gè)瓦片和4個(gè)瓦片組成。每片需要壓彎制作成形，具體步驟為：

(1) 將已下好料的瓦塊平板拼接成形，水流方向一致，點(diǎn)焊不焊接。

(2) 根據(jù)橢圓弧將樣板按瓦片分段，以便卷弧時(shí)1∶1對(duì)比。

(3) 各起始點(diǎn)打沖做出標(biāo)記后解體。

(4) 各瓦片以頂點(diǎn)為起點(diǎn)，按樣板卷弧。

(5) 各瓦片卷弧完成后按做好的記號(hào)連接在一起，組裝為整體。

3.2.4 整體拼裝

大口向下、小口向上進(jìn)行拼裝。由于左沖砂底孔喇叭口整體重量為33.4 t，超出纜機(jī)吊裝能力，因此，喇叭口整體拼裝成型后，安裝加筋環(huán)。檢查外形尺寸合格后，將除了水平中線方向的連接焊縫之外，將喇叭口焊接成上下兩個(gè)部分，焊后待時(shí)效應(yīng)力消除后將水平中線方向的加筋環(huán)切割開(kāi)，在安裝時(shí)先將下半部分吊裝、調(diào)整到位后，再安裝上半部分。既減少了喇叭口在現(xiàn)場(chǎng)的安裝工序，提高了安裝效率，又解決了纜機(jī)無(wú)法整體吊裝喇叭口的難題。

(1)工作鋼平臺(tái)測(cè)平，平面度±1 mm。

(2)在平臺(tái)上按底部截面整體放樣，將單個(gè)構(gòu)件按樣檢驗(yàn)。

(3)按大口方向向下，將最底部瓦塊按放大樣對(duì)正組對(duì)，方口處對(duì)角線2.0 mm，上口平面度≤2.0 mm，縱縫組對(duì)間隙≤2.0 mm，錯(cuò)位≤2.0 mm，點(diǎn)焊，固定。

(4)依次將其它瓦塊吊裝就位，環(huán)縫接口組對(duì)要求同縱縫。上口正四邊形要求邊長(zhǎng)誤差±1.0 mm，對(duì)角線差≤2.0 mm，周長(zhǎng)差±5 mm，管口平面度≤2.0 mm，點(diǎn)焊，固定。

(5)各瓦片吊裝就位后，檢測(cè)各部位關(guān)鍵尺寸，尺寸符合焊前要求，然后加內(nèi)支撐，由于焊縫條數(shù)很多，為了防止焊接變形，各斷面口用內(nèi)支撐加固牢靠。

3.2.5焊接

所有焊接均在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。焊前仔細(xì)了解查看各焊接部位，根據(jù)西藏特殊地區(qū)的情況，考慮高原和溫度兩個(gè)因素制定詳細(xì)的焊接工藝。

(1)縱縫、直縫均采用手工電弧焊，并用背面清根的方法。

(2)與加勁環(huán)焊縫采用手工焊縫。

(3)為防止變形，正式焊接前先進(jìn)行定位加固焊，加固焊的長(zhǎng)度以100～120 mm為宜。

(4)先焊接內(nèi)部焊縫，外部清根，打磨后再進(jìn)行焊接。

(5)焊接過(guò)程應(yīng)為雙數(shù)人員，對(duì)稱焊接，并采用斷續(xù)跳焊方法施焊。

(6)焊接時(shí)可預(yù)留1條縱縫暫不焊接，待其余焊縫焊完確保周長(zhǎng)準(zhǔn)確后再焊。

(7)焊接過(guò)程應(yīng)隨時(shí)用樣板檢查弧度變化以便及時(shí)調(diào)整焊接順序。

4執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量控制措施

4.1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

DL 5017—2007 《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》[3]。

4.2質(zhì)量控制措施

(1)制作前，須進(jìn)行技術(shù)交底，施工過(guò)程中，嚴(yán)格遵守并做好質(zhì)量反饋，杜絕質(zhì)量事故。

(2)所選用的鋼材必須有出廠合格證和材質(zhì)證明，驗(yàn)證齊全后方可進(jìn)行下料。

(3)所購(gòu)材料須根據(jù)零件規(guī)格，配套后采用定尺采購(gòu)。

(4)下料后邊緣直線度≤1.0 mm，組對(duì)后間隙≤2.0 mm，過(guò)水面錯(cuò)位≤2.0 mm。

(5)組對(duì)放樣時(shí)，中心位置確定，且定位在固定物上。

(6)定位焊的焊材要與正式焊接的焊材相同，正式焊接前應(yīng)將定位焊存在的缺陷清除。

(7)一、二類(lèi)焊縫應(yīng)按相應(yīng)比例探傷檢查，并規(guī)定T字焊縫、尖角焊縫為必查之處。

5結(jié)束語(yǔ)

藏木水電站具有海拔高、氣候干燥、晝夜溫差大、原材料復(fù)雜等特點(diǎn)，與國(guó)內(nèi)其它地區(qū)已建的類(lèi)似工程有很大區(qū)別，沒(méi)有可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)，許多東西要“摸著石頭過(guò)河”。我們通過(guò)對(duì)藏木水電站異形鋼管特性參數(shù)以及安裝現(xiàn)場(chǎng)工期進(jìn)度要求和纜機(jī)吊裝能力的深入分析和研究，對(duì)曲面喇叭口制作工藝進(jìn)行了優(yōu)化創(chuàng)新，在制作廠將喇叭口整體拼裝成型，安裝加筋環(huán)，檢查外形尺寸合格后，將除了水平中線方向的連接焊縫之外，將喇叭口焊接成上下兩個(gè)部分，焊接完后，待時(shí)效應(yīng)力消除后將水平中線方向的加筋環(huán)切割開(kāi)，降低了材料損耗率。在安裝時(shí)先將下半部分吊裝、調(diào)整到位后，再安裝上半部分，既解決了纜機(jī)起吊能力有限而無(wú)法整體吊裝喇叭口的難題，又減少了喇叭口在現(xiàn)場(chǎng)的安裝難度，降低了安裝風(fēng)險(xiǎn)，提高了安裝效率，縮短了安裝工期，節(jié)約了施工成本，為藏木水電站順利實(shí)現(xiàn)三期截流目標(biāo)贏得了戰(zhàn)略性的寶貴時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1]曹豐群. 沙沱水電站壓力鋼管制作與安裝施工技術(shù)[J].貴州水力發(fā)電, 2012,26(1):76-79.

[2]王德順，王東彬，馬素文.皂市水電站引水壓力鋼管制作質(zhì)量控制[J].人民長(zhǎng)江，2008，39(21).

[3]DL/T 5017-2007 水利水電工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[作者簡(jiǎn)介]陳衛(wèi)平(1966～), 男, 高級(jí)工程師，主要從事水利水電金屬結(jié)構(gòu)制造與安裝。

【中圖分類(lèi)號(hào)】TV547

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2015-11-17