800MPa级高强钢岔管水压试验

黄斌

（中国水利水电第八工程局有限公司 湖南长沙 410004）

800MPa级高强钢岔管水压试验

黄斌

（中国水利水电第八工程局有限公司 湖南长沙 410004）

呼和浩特抽水蓄能电站钢岔管选用国产800MPa级高强钢材料（B780CF）制造，这是国产800MPa级高强钢材料在水电站钢岔管项目的首次应用。为了验证设计及钢材的可靠性和安全性，对钢岔管进行了焊接残余应力测试、工作应力测试和变形测试。本文简单介绍了钢岔管的水压试验流程，并重点介绍了工作应力测试方案，为同类岔管的制造提供了依据。

800MPa级高强钢；岔管；应力测试；水压试验

1 前言

呼和浩特抽水蓄能电站钢岔管选用国产800MPa级高强钢材料（B780CF）制造，这是国产800MPa级高强钢材料在水电站钢岔管项目的首次应用。该岔管采用对称“Y”型内加强月牙肋结构，主管直径4.6m，支管直径3.2m，最大公切球直径5.2m，分岔角70°，岔管最大外形尺寸约为6.07m×7.10m×5.51m，设计内水压力9.06MPa。为了验证设计及明试验目的，水压试验最高压力按9.06MPa设定，并重复二次。

2 水压试验场地布置

岔管水压试验采用封头与岔管连接，水压试验完成后，将封头切割。岔管制造时需要在进出水口（长度方向）预留300mm焊接热影响区余量，水压试验后切割除。水压试验采用12MPa的电动加压泵，按照试验大纲要求，逐步升压。试验场地布置如图1。

图1 水压试验场地布置图

3 水压试验工作流程

根据试验流程，水压试验前首先是岔管闷头焊接、管路布置、仪器仪表架设、打压及保温措施准备、焊接残余应力测试和其它各项测试的准备工作，水压试验过程中完成各项测试工作。工作程序如图2。

图2 测试工作程序图

3.1 实验前准备

为了保证水压试验的顺利进行，首先根据设计文件、合同及设计图样等技术要求，编制岔管水压试验方案、水压试验组织机构与人员配备、水压试验检测记录表等有关试验技术文件，报设计、监理等审批后执行并进行试验。

岔管的主要试验设备为电动加压泵：采用三台YZ4DY70/16型电动试压泵作为主加压设备，辅以配套管路和相应的检测仪器仪表及3个试压闷头。

压力钢管岔管在安装位置安装、焊接，探伤合格后，将闷头吊装就位，焊接岔管与闷头的对接焊缝，探伤合格后即开始进行水压试验，水源为现场临时供水系统，采用软管取水。打压完成后，利用软管将水沿厂房排水沟排出。

检查岔管的支撑加固情况，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。

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。

检验闷头的几何尺寸、进水口和排气口以及焊缝的质量。

3.2 试验程序与步骤

（1）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，注水结束。

（2）启动电动试压泵逐步向岔管加压，加压过程中随时测量检查岔管本体及闷头各焊缝有无异常，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。

（3）水压试验压力上升速度不超过0.05MPa/min，缓慢升至设计压力9.06MPa，保持10min；对岔管进行检查，若情况正常，继续升至试验压力值11.325MPa，保持5min；再次检查有无渗水和其他异常情况，无异常，经监理工程师确认后利用上部泄压阀将压力降至设计压力9.06MPa，保持30min，并用0.5～1.0kg的小锤在岔管的焊缝两侧各15～20mm处轻轻敲击，整个水压试验过程中无渗水和其他异常情况。

（4）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。

（5）水压试验升、降压顺利，试验过程无异常现象，经各方会签后水压试验结束。

3.3 试验监测

水压试验时应进行监测的项目包括：内水压力、水温、变形、管壳及肋板的应力应变、不同压力下的进水量测试等。

应根据试验压力设定位移、应变警戒值，进行实时监测。

在水压试验过程中，应设置应变计及变形监测仪器，记录读数。监测仪器数量及读数量应能满足计算管壳和肋板膜应力及弯曲应力，以及加劲肋附近区域的局部应力的要求。并应计算应力，并将成果报送业主。

3.4 试验问题及处理

（1）明确试验现场指挥人员和主要操作人员与检查人员。

（2）试验加压前30min，由现场指挥人员召集所有参加试验的人员进行试验前技术交底。

3.5 试验记录及结论

压力钢管岔管水压试验严格按照招标文件的要求与水压试验详细操作规程进行试验，准确记录各项过程和数据。

（1）整个试验过程中应随时检查岔管的渗水和其它异常情况。

（2）水压试验前后均应进行较全面的无损探伤。

（3）水压试验用监测仪器的布设位置、数量应报业主批准后实施。

（4）在水压试验过程中，应设置应变计及变形监测仪器，记录读数。监测仪器数量及读数量应能满足计算管壳和肋板膜应力及弯曲应力，以及加劲肋附近区域的局部应力的要求。计算出应力，并将成果报送监理及业主。

（5）水压试验时环境温度和试压时水温应在5℃以上。钢岔管水压试验应在规定的压力值下，重复两次试验过程。

4 水压试验应力测试

呼和浩特抽水蓄能电站共有2台钢岔管，按设计要求进行水压试验。并对岔管受力的重点部位如岔管的钝角区、肋旁管壳区和月牙肋板处布置应力测点，闷头和连接锥管段根据现场实际情况考虑布置参考测点。过程对钢岔管进行工作应力测试。

4.1 测点布置

（1）工作片布置

水压试验过程结构应力测点布置按设计要求进行，岔管内外壁对应布置测点。其中：

月牙肋板上共布置8个测点，内外各4个，布置在肋板内外缘板厚中间的位置，每个测点布置一个单向应变计。

肋板相邻管壁上共布置8个测点，内外各4个，水平中心及90°位置布置双向应变计，15°及30°位置布置一个三向应变计。

其它管壁上共布置12点，内外各6个，每个测点分别布置一个双向应变计。

锥管过渡管节和闷头上的测点根据现场实际情况在背水面布置2～4个参考测点，以便监测锥管过渡管节和闷头的受力状况。

为了便于测试，在实际工作时可以稍做调整。内部测点与外部测点对应，内部测试线通过引线装置引到管外。

（2）补偿片的设置

岔管内、外部各设3个补偿片（块）。

4.2 应变计粘贴工艺

（1）根据布点部位及布片数量，在岔管上标出测点位置。

（2）将待贴部位用角向砂轮打磨出一个稍大于应变计面积的平面，再用120#砂布沿45°方向交叉打磨好后，进行划线，然后用丙酮把待贴面清洗干净。

（3）用无水乙醇清洗工具、聚四氟乙烯薄膜和待贴的应变计。

（4）将应变计待贴面均匀地涂上502胶，对准位置贴上应变计，盖上聚四氟乙烯薄膜，沿应变计轴向挤出气泡和多余胶液。

（5）应变计贴上后，常温下固化4～6h。

（6）检查应变片有无未贴合处、粘贴层有无气泡、丝栅有无畸形；用万用表检查有无短路、断路。如有以上任何一种情况要铲去重贴。

4.3 应变计与应变仪的连接

（1）用镊子将应变片引线轻轻地拉起。

（2）紧挨应变片引线端，用502胶水粘上接线端子。

（3）测试导线：根据最远测试部位的距离放线，多点共用一个补偿片时，工作片和补偿片的导线长度、型号规格要相同，每两根导线一组，在每组导线按顺序编号。

（4）用电烙铁按导线上的编号，将应变片引出线和相对应的每组导线一端分别焊在相应的接线端子上。

（5）将每组导线的另一端按顺序与应变仪接线板插头连接在一起。

4.4 测量系统连接

应变测量系统使用前在断电状态下进行连接，测量系统的连接包括PC机与CM-2B的连接、多台CM-2B的连接和应变计与CM-2B的连接。

4.5 监测系统

CM-2B数字静态应变测量系统如图3组成，应变片及应变式传感器接入CM-2B数字静态应变仪（一个机箱可接64点）组成完整桥路。16通道A/D卡是16位的高精度模数变换器，它一端接往CM-2B数字静态应变仪，另一端接往计算机的USB口或并行口（打印机端口），计算机通过A/D卡对CM-2B进行控制，同时采集被测信号，进行存储、数据处理。形成较大采集系统，每一机箱也可独立使用。

系统的工作过程如下：

应变片及应变式传感器接往CM-2B机箱，组成完整电桥，将应变片的电阻变化转换成电压变化，信号在应变仪内经过放大、滤波。按预先编制的程序，通过IOC控制CM-2B的测量点转换，在某时刻将某测量点电压输出信号送到ADC转换成相应的数字量，送到计算机进行储存、处理、显示或打印输出。

4.6 数据处理

（1）测试数据采集

图3 静态应变测量系统组成图

在联机状态下，启动应变测量系统进入测量状态。动存入测量系统的文件包中。各加载循环过程中，密切注视应力的变化，对出现应力值急剧增加或接近、达到屈服极限的情况，应及时报告，停止增压。

（2）数据计算

在程序中设置材料组号、应变片类型和材料的弹性模量、泊松比、应变片灵敏度系数、应变片电阻值、测试导线电阻值、屈服极限等参数后进行计算，计算机将自动计算出各测点的应力值和主应力方向。

4.7 测试报告

岔管水压试验完成后，承担水压试验的安装单位对试验过程中所测读的数据进行分析整理，评价试验钢岔管的安全性能及施工质量，并提交了最终水压试验测试成果分析报告（《压力钢管岔管水压试验报告》）。

5 结论

本次钢岔管水压试验结合现场条件，进行了缜密的试验论证和试验准备，特别是采用了声发射监测保证了水压试验的安全进行。水压试验采用半球形封头，减少了封头的设计厚度，降低了封头制造成本。半球型封头与岔管焊接采用单面焊接双面成型的焊接工艺，节省了进人孔的布置。采用低摩擦材料与可滑动式支撑结合使岔管水压试验尽可能的保持在无约束状态，减小了外界条件对水压试验数据的影响。本次水压试验顺利通过了验收，且各项技术指标均满足并优于设计及有关标准和规范。本工程水压试验的成功，代表着国产800MPa级高强钢岔管在水电领域有了零的突破，打破了800MPa级高强钢岔管依靠进口的局面。

TG457.11

A

1004-7344（2016）01-0124-02

2015-11-3

黄 斌（1979-），男，工程师，本科，从事水电站大型金属结构以及压力钢管、水轮发电机部件制造安装技术管理工作。