引水压力钢管岔管组拼及试验施工技术探讨

2011-08-29扶奋勇

科技传播 2011年24期

扶奋勇

中国水利水电第八工程局有限公司，湖南长沙 410007

1 概况

沐若水电工程位于马来西亚（MALAYSIA）沙捞越州（SARAWAK）境内拉让河（RARANG RIVER）流域的上游，共安装4台244MW机组。电站地下输水系统压力钢管共为2条，由上到下分别为：上平段、调压井段、上弯段、竖井段、下弯段、下平段、岔管段、支管段。电站引水压力钢管岔管采用内加强月牙肋对称Y型岔管，总重量约133.7t，由一个主锥管和两个支锥管组成，其公切球直径为3.1m，主管进口内径为5.5m，支管出口内径为4.2m，月牙板厚150mm，筒体板厚72mm，母材材质为07MnCrMoVR。岔管在国内三峡制作车间完成制作，在制作时分成五个单元，分别编号为29-1、29-2、29-3、29-4、29-5（具体见图1），运输至在施工现场组拼成整体并进行水压试验。

图1 沐若水电站引水压力钢管岔管拼装图

2 岔管组拼施工技术

2.1 场地布置及平台搭设

由于岔管重量超出施工现场吊车起吊范围，因此岔管在隧道1#主洞洞口进行拼装，拼装需要在洞口准备约12m×12m的作业场地，对在此区域的土建钢筋进行保护处理。

现场拼装平台制作根据岔管在制作厂家已经制作完成的结构支墩尺寸和岔管进行拖排运输时的结构需要进行制作，在制作时保证平台的整体上平面比1#主洞的地面高程高60mm。为确保岔管在拖运输过程中顺利进行，在平台搭建时所有尺寸根据1#主洞的轴线进行定位，为保证平台的稳定性和整体强度，整个平台采用I20工字钢搭建，钢支墩采用Φ219的钢管和I20的工字钢。平台制作时控制整体平面度2mm，工字钢接头错位1mm。

2.2 岔管拼装及验收

2.2.1 地样放置

地样放置根据拼装平台制作时的定位中心线和相关位置关系进行确定，在拼装平台上将岔管进、出水管口中心位置在平台上精确划出并用样冲标记并用油漆标明。

2.2.2 组装顺序及方法

首先将29-1和29-2组装、焊接成为一个整体，然后以29-4为基准，将该基准部件调整、加固牢靠，然后依次将29-3、29-4、29-5拼装成整体，组拼完成后检查出水管口的尺寸并进行调整使其符合图纸控制尺寸要求后进行加固，然后将29-1和29-2组焊成整体的管节吊装就位。岔管组装按拼装平台上布置的样点和控制点线进行组装，利用常规的压码、千斤顶等工器具进行压缝处理，利用水准仪、钢卷尺和挂垂线的方法来检测瓦片形状控制尺寸。

2.2.3 岔管尺寸检查

岔管组装完成后，按照DL5017-2007的要求进行尺寸验收，主要检查项目包括主支管（进口／出口）垂直度、平面度、主支管（进口／出口）中心高差、主支管长度（L1、L2）、支管口中心距离S1，环缝对口错边量、环缝间隙及主支管（进口／出口）的圆度等。验收合格后进行焊接。焊接完成后，再次复测，要求检测的项目极限偏差在国家规范要求的范围内。

3 岔管焊接施工技术

3.1 岔管焊接顺序

针对岔管由五部分拼装组成，考虑焊接变形和施工方便岔管焊接分三部分进行，即先焊接上图中①号纵缝，将29-1焊接成整体，再焊接②号Z形纵缝，最后焊接③号环缝，使岔管形成整体。在焊接②号Z形时，按照对称焊接的原则，岔管上方两侧各3名焊工、岔管下方两侧各3名焊工，上下同时进行焊接，顺序基本上为仰焊-平焊-仰焊-平焊。

3.2 岔管焊接工艺技术

3.2.1 焊前准备

焊前清理：所有拟焊面及坡口两侧各50mm～100mm范围内的氧化皮、铁锈、油污及其它杂物应清除干净，每一焊道焊完后也应及时清理，检查合格后再焊。

焊材烘烤：焊条使用前，需检查外观质量，必须严格按照使用说明书规定进行烘烤。焊接材料应设专人烘烤、保管、发放，并记录。烘干后的焊条应转至150℃的恒温箱内保温，随用随取，焊工领用的电焊条必须放在保温桶内，工作时手握焊条不能超过5根，避免时间长在空气中受潮。

3.2.2 焊接及消应

焊前进行定位焊，定位焊时先用烘枪预热，预热温度比正式焊接预热温度（100℃）高出20℃以上，定位焊在小坡口一侧，定位焊长度80mm以上且最少3层，厚度15mm以上，间距400mm，防止加温焊接时焊缝炸裂。

按照WPS文件，预热温度达到100℃以上时方可以进行正式焊接，现场采用LWD加热柜、履带式加热片进行加温，预热区域为3倍的板厚即焊缝中心两侧宽度216mm。

焊接过程中，为防止因焊接应力而产生的角变形，根据变形的实际情况调整焊接顺序，控制管节焊缝处的弧度在一定标准范围之内，当焊接厚度达到板厚的30%时，进行背缝清根气刨，气刨清根时不降温，气刨后的坡口需进行打磨修复处理，用角磨机磨掉或铲除坡口表层的渗碳层方可进入下一道工序。

焊接过程中同时为控制焊缝处的弧度，减少焊接应力，采用分段、分道退步跳焊，在焊接第三层后开始，每一层均采用风镐式消应枪进行锤击消应（消应枪头应磨成R=5mm球状圆头、气源压力控制在0.65Ma左右，在每段或层面上进行锤击消应，锤击焊缝表面至密布麻坑为止），锤击过程应尽量避免误击到母材表面，对锤损的坡口和母材做打磨或修复处理，锤击过程中如发生皱皮和裂纹要及时处理干净。

由于07MnCrMoVR属于高强钢，应严格控制焊接线能量，φ3.2焊条焊接电流控制在160A以下，焊道宽度≤12.8mm，长度≥60mm(单根焊条)，φ4.0焊条焊接电流控制在200A以下，焊道宽度≤16mm，长度≥80mm（单根焊条），焊接过程中需注意层间温度不低于预热温度。

焊接过程中，随时检查履带式加热片，如发现加热片有损坏的应及时更换，测温仪每30分钟定时检测，检测仪距离焊缝100mm，每段焊缝分三个检测点位。

当全部焊缝焊接完成后，为消除焊缝残余应力采用后热处理方法，后热的温度为150℃-200℃×3h。

3.2.3 焊缝质量检测及缺陷处理

岔管的所有纵缝和环缝均为一类焊缝。焊缝外观检测及无损探伤遵守DL/T5017-2007的有关规定，无损检测人员应持有无损检测人员资格鉴定工作委员会签发的资格证书，评定焊缝质量由Ⅱ级或Ⅱ级以上的检测人员担任。拼装焊缝无损探伤采用100%表面着色渗透探伤（PT）和100%超声波衍射时差法（TOFD）方法，根据业主方SEB要求，同时对岔管所有拼装焊缝进行100%γ源射线探伤（RT）复核检查。

当焊缝发现有不允许的缺陷时，进行分析并找出原因，制订返修工艺后方可返修。焊缝缺陷根据钢材种类选用碳弧气刨或砂轮进行清理，并用砂轮修磨成便于焊接的坡口。返修前要认真检查，如缺陷为裂纹，采用渗透探伤，确认裂纹已经消除方可返修。焊缝同一部位的返修次数不宜超过两次。超过两次以上返修时，应查明原因，制定可靠的返修工艺措施，并经单位技术负责人批准，方可返修处理。返修后的焊缝，应重新检查。

4 岔管水压试验施工技术

岔管焊接完成检验合格后，按DL/T5017-2007第9节的要求对月牙肋岔管进行水压试验，以检验岔管拼装及焊接质量，同时也能降低焊缝内部约束应力。根据设计技术文件，岔管设计压力为4.29MPa，水压试验压力为5.36±0.2MPa。

4.1 水压试验布置

岔管水压试验采用3个椭圆型封头，进口及出口椭圆型封头内径和岔管管口内径相同，闷头板厚和技术要求按照ASME推荐压力容器计算公式进行设计，在进口闷头上布置进水管、排气孔、加压管。水压试验采用10MPa的电动加压泵，逐步升压。水源利用附近土建施工水源。水压试验完成后，首先卸压，然后将岔管内的水排空，进行闷头切割，并切割掉焊接热影响区约300mm的余量。

4.2 水压试验前的检查

岔管水压试验前，应确保岔管及闷头的几何尺寸正确，焊缝外观和内部质量合格。检查岔管支撑的加固情况，由于水压试验时荷载比较大，必须保证支撑的强度和稳定性，同时检查岔管瓦片的内支撑，须将所有支撑与瓦片连接处切割开，防止水压试验时，瓦片的内支撑局部点受力拉裂情况。

按岔管水压试验原理图，准备好水压试验所需的试验设备、管路及专用工器具，将充水阀、排气阀、泄压阀、各压力表组装就位，检查打压设备、检测仪表和管路连接情况。

为便于水压试验时对试验情况进行观测和检查，在岔管所有焊缝侧需要搭设专用爬梯，爬梯采用型钢焊接而成或用活动木楼梯。

4.3 水压试验

利用软管通过旁通阀对岔管进行注水，注水的同时开启闷头上部的排气阀进行排气。当排气管上部出水并不再有气泡时关闭排气阀与旁通阀，注水结束。

启动电动试压泵逐步向岔管加压，加压过程中随时目测岔管及闷头的焊缝有无异常情况，各阀门及其与岔管连接处是否漏水，若有异常及时进行处理。

水压试验压力上升速度不超过0.05MPa/min，缓慢升至设计压力，保持10min；对岔管进行检查，若情况正常，继续升至试验压力值，保持5min；再次检查有无渗水和其他异常情况，若无异常，经确认后利用打压设备上的泄压阀将压力降至设计压力，保持30min，整个水压试验过程中应无渗水和其他异常情况。岔管水压试验压力与时间关系见图2。