沐若水电站引水压力钢管岔管组拼及试验施工技术探讨

扶奋勇

（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410007）

1 概 况

沐若水电工程位于马来西亚沙捞越州境内拉让（Rajang）河流域的上游，共安装4 台244 MW 机组。电站设有2 条引水系统压力钢管，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。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133.7 t，由一个主锥管和两个支锥管组成，其公切球直径为3.1 m，主管进口内径为5.5 m，支管出口内径为4.2 m，月牙板厚150 mm，筒体板厚72 mm，母材材质为07MnCrMoVR。岔管在国内进行分块制作并进行预拼，岔管制作时分成5个单元，分别编号为29-1、29-2、29-3、29-4、29-5（图1），运输至工地后组拼成整体并进行水压试验。

2 岔管组拼

2.1 场地布置及平台搭设

图1 岔管分块示意图

由于岔管重量超出施工现场吊装运输设备能力，因此岔管拼装场地布置在1#主洞洞口，拼装场地平面尺寸约12 m×12 m，拼装平台根据岔管支墩尺寸和岔管进行拖排运输时的结构需要进行制作，平台上平面比1#主洞的地面高程高60 mm，平台平面度控制在2 mm 以内。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。

2.2 拼装样点放置

根据拼装平台中心线和相关位置关系，在拼装平台上将岔管进、出水管口位置及中心位置在平台上精确划出并用样冲和油漆标记。

2.3 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要求后进行加固，将29-1 和29-2 组焊成整体的管节吊装就位。岔管组装时按拼装平台上布置的样点和控制点线进行测量控制，利用压码、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外形尺寸。

2.4 主要控制尺寸检查

岔管组装完成后，按照标准要求进行检查，主要检查项目包括主支管（进口／出口）垂直度、平面度、圆度、主支管（进口／出口）中心高差、主支管长度、支管口中心距离，环缝对口错边量、环缝间隙等。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规范要求的范围内。

3 岔管焊接

3.1 焊接顺序

岔管焊接分三部分进行：即先焊接图1 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形焊缝时，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，顺序为先仰焊后平焊。

3.2 焊接工艺

（1）材料、设备、人员及环境要求。

母材材质：07MnCrMoVR。

焊材：焊条（CHE62CFLH）Φ4.0/Φ3.2。

焊接方法：手工焊。

焊工人数：12 名。

设备：ZX7—400 直流焊机、ZX-1000 气刨机、3 m3空压机、保温桶、磨光机（180 型）、YCH-200 焊条烘箱、消应枪、红外线测温仪、LWK-180KW 电加热柜、清渣器。

电力特性：电焊机、气刨机等一律采取直流反接法。

环境要求：由于工地现场经常有大雨和强烈的阳光直射，因此在岔管位置搭设防雨、防晒棚，确保焊接位置环境满足施工要求。

（2）焊前准备。

焊前清理：所有拟焊面及坡口两侧各（50～100）mm 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。

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。焊接材料设专人烘烤、保管、发放，并记录。烘干后的焊条转至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，避免因时间长而在空气中受潮。

（3）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℃）高约20℃，定位焊在小坡口一侧，定位焊长度80 mm 以上且最少3层，厚度15 mm 以上，间距400 mm，防止加温焊接时焊缝开裂。

按预热温度100℃对焊缝进行预热，预热采用LWD 型加热柜、履带式加热片进行加温，预热区域为三倍的板厚即焊缝中心两侧宽度216 mm。

焊接过程中为防止产生超标焊接变形，对焊接变形量进行跟踪测量，并根据变形量调整焊接顺序，当焊接厚度达到板厚的30%时，进行背缝清根，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。

焊接过程中采用分段、分道退步跳焊，在开始焊接第3 层后，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=5 mm 球状圆头、气源压力控制在0.65 MPa 左右，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。

焊接过程中应严格控制焊接线能量，Φ3.2 焊条焊接电流控制在160 A 以下，焊道宽度≤12.8 mm，单根焊条施焊长度≥60 mm，Φ4.0 焊条焊接电流控制在200 A 以下，焊道宽度≤16 mm，单根焊条施焊长度≥80 mm，层间温度不低于预热温度，后热的温度为（150～200）℃，后热时间3 h。

（4）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。根据技术文件要求，拼装焊缝采用100%表面着色渗透探伤（PT）、100%超声波衍射时差法探伤（TOFD）、100%射线探伤（RT）。

当焊缝发现缺陷时，及时分析并找出原因，制订返修工艺后方可返修。焊缝缺陷采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，采用渗透探伤法检查打磨质量，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2 次。超过2 次以上返修时应制定可靠的返修工艺措施，并经技术负责人批准后方可返修处理。

4 岔管水压试验

根据设计技术文件，岔管设计压力为4.29 MPa，水压试验压力为5.36±0.2 MPa。

4.1 水压试验布置

岔管水压试验设有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，封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，在进口封头上布置进水管、排气孔、加压管。水压试验采用10 MPa 的电动加压泵，逐步升压。水压试验完成后，首先卸压，然后将岔管内的水排空，进行封头切割，并切割掉焊接热影响区余量，岔管水压试验布置原理见图2。

图2 岔管水压试验布置原理图

4.2 水压试验前的检查

岔管水压试验前，应确保岔管及封头的几何尺寸正确，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0.05 MPa/min，缓慢升至设计压力，保持10 min；对岔管进行检查，若情况正常，继续升至试验压力值，保持5 min；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30 min，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3。

图3 岔管水压试验压力与时间关系图

试验过程中如出现泄漏和其它异常现象应立即停止加压，需要处理时必须在卸压后进行。水压试验在升、降压顺利且试验过程无异常现象后水压试验结束。

5 结语

沐若水电站引水压力管岔管组装、焊接及压力试验从开工至试验完成历时3个多月，经对焊缝进行100%超声波衍射时差法（TOFD）和100%射线探伤（RT）探伤，焊缝一次合格率达到了99.15%，在试验压力为5.36 MPa 保压时未出现异常，升、降压顺利。沐若水电站引水压力管岔管施工实践表明，该岔管所采取的施工技术取得了良好的施工效果，可为同类工程提供借鉴。