水利水电工程压力管道制作

段杰

云南水利机械有限责任公司 云南 昆明 650000

1 概述

近年来，钢衬钢筋混凝土管已成为我国快速发展的新型结构，主要用于高水头，高速水利和水电项目。在工程中，如果电力隧道较长，为了降低工程成本，减少土石方开挖，通常采用联合供水的方法，使用岔管节省资源。通常，分岔管位于压力管靠近设备的一端。内部水压较高，水流和受力条件较为复杂，分岔管为复杂的空间组合结构。因此，分岔管的设计应根据电站的具体情况分为一次和二次，并在各个方面进行最大程度的协调。

2 岔管的制作技术

2.1 岔管制造工艺

制作工艺流程如下:

计算机放样→制作岔管模型→号料、拼板→下料、开坡口（边缘加工）→标记(母线标记及各管节标记) →成型→样板检查、调校圆弧→固定→单节预组拼及修割→总体预组拼及修割→固定→折分→焊接单节管节→防腐→运往工地。

本工程岔管管径大、体积大、结构复杂，是工程中的重点及难点。本工程岔管共2个，1#岔管共分为十一个管节和一个月牙肋，每一个管节又分为瓦片进行制作(瓦片分段具体根据实际来料情况而定)。

2#岔管分为十三个管节和一个月牙肋，每一个管节又分为瓦片进行制作(瓦片分段具体根据实际来料情况而定)。

月牙肋板尺寸较大分为三块下料后组拼、焊接、再与岔管管节组焊。

岔管制作首先根据设计样图，在计算机上对岔管每一个管节做详细的拼料设计布置（根据材料的宽度、长度）。在保证规范有关要求的前提下确定每个管节瓦片的分缝对接位置、瓦片上成形素线位置[1]。绘制每一个管节放样图，每一个管节瓦片的圆弧检查样板图，然后按比例制作岔管模型，检查无误后才能进入生产制造。

2.2 岔管钢板的分块

岔管钢板的分块按以下规定进行；

岔管管节的环缝间距不小于以下各项的大值：倍管壁厚度；300mm；3.5（r为钢管半径，t为管壁厚度）。

岔管管节的纵缝与腰线和顶、底母线所夹的中心角不得小于15°，二者间距（指弧长）不得小于300mm。

2.3 岔管钢板的划线、下料、坡口加工、卷压

(1) 钢板划线

钢板划线时，每端放5mm至8mm加工余量(即单块长度方向总加长10mm至16mm)，以钢板较直的一个长边为基准划两端修边切割线。钢板划线的极限偏差应符合宽度和长度±1mm，对角线相对差2mm，对应边相对差1mm，矢高(曲线部分) ±0.5mm。

(2) 标记、划线

依据钢管安装总图及业主、设计、安装单位的要求，按最终确定的排管图，在每一块板上作编号、水流向、水平轴、垂直轴等标记，用钢印、油漆、样冲作标记并在周边坡口处涂刷不影响焊接的车间底漆。

标记控制要求：① 在同一管节中纵缝与水平轴、垂直轴所夹角应错开15°以上(纵缝严禁在垂直轴线及水平轴线10°范围内设置)。②相邻管节的纵缝应错开500mm以上。

(3) 下料及坡口加工

本工程主管内径为5.6m、5.0m及支管4.0m的钢管,每个管节用两个瓦片组拼，支管2.1m的钢管按单个瓦片卷制，各管径下料周长按中径展开值计算。

①下料

采用数控切割机下料，用角磨机对割口的表面淬硬层、过热组织等进行打磨，打磨露出金属光泽。下料后保证宽度和长度偏差为±1mm，对角线相对差为2mm，对应边相对差为1mm。切割面的熔渣、毛刺应用砂轮磨去。切割时造成的沟槽深度不应大于0.5mm，当在0.5mm～2mm时，应进行砂轮打磨，当大于2mm时应按要求进行焊补后磨平。若有可疑处应进行超声波检查。

②坡口及边缘加工

坡口先采用半自动切割机粗切割，再用铣边机加工四周边缘及坡口，钢管瓦片坡口按设计要求为X型内坡口。

③加劲环下料

加劲环数量较多，用数控切割机进行下料，此种方法材料利用率达到97%，比传统下料方法材料利用率提高30%以上，对接处开坡口。

(4) 瓦片压头

为避免筒体纵缝接缝处形成直段，钢板卷制时需提前压头处理，压头的长度不小于300mm，压头的弧度应与钢管管径相一致(用样板检查其间隙不大于2.5mm)。压头卷板方向和钢板的压延方向一致。

(5) 瓦片卷制

瓦片采用120×3000型三辊卷板机卷制。在卷板时利用加工厂内配置的30t龙门吊配合，防止钢板初始卷制压弧时因自重引起反向折弯[2]。

钢板卷板满足下列要求：

①卷板方向和钢板的压延方向一致；

②卷板前或卷制过程中，将钢板表面已剥离的氧化皮和其他杂物清除干净；

③卷板后，将瓦片以自由状态立于平台上，用样板检查弧度，其间隙符合下表规定。

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2.4 岔管的组装和焊接

岔管材质为Q500CF(相当于WDB620)高强钢，体积大、制作、组装、焊接难度大，在满足现场运输的条件下，岔管部件在工地加工厂内制造，组装成尽可能大的部件，并在工地加工厂内进行预组装，之后拆分运至现场进行总装焊接。 组装成型后的各项尺寸应符合《压力钢管制造安装及验收规范》。

岔管焊接前进行预热处理，岔管组焊完成后采用后热处理设备（ZWK-180KW）进行后热处理。高强钢的后热温度在150℃～200℃，后热处理在焊后立即进行，保温时间不少于2h。加强梁系（三梁岔的U形梁和腰梁、月牙岔的月牙肋等）本身的对接焊缝在工地加工厂内完成。组装后岔管腰线转折角偏差不大于2°。

2.5 岔管水压试验闷头制作

(1) 水压试验目的

水压试验可消除部分焊接应力并检验母材强度，是全面检验压力钢管制造、安装质量的一种行之有效的方法，水压试验前一、二类焊缝及堵头焊缝必须经过无损探伤并合格，在钢管水压试验前56天，提交一份钢管水压试验措施计划报送监理人审批。试验内容：水压试验工作段范围、试验场地布置、试验设备、检测方法、测点布置、试验程序和安全措施等。

(2) 由于本合同工程的岔管直径较大，闷头若采用平面堵头，则封板厚度较厚，可采用内锥型堵头减轻重量。在水压试验前，对实验段进行全面检查，设置应变测量仪器。

(3) 试验方案

结合本工程特点，岔管水压试验初步拟定两种方案；

方案一：1#岔管及2#岔管分别进行水压试验。

此方案缺点：闷头制作数量多(即所需材料多)，共需5个(1#岔管的其中一个闷头用完后可用做2#岔管水压时的闷头，若同时进行则需6个闷头)，需做2次水压试验，安装时必须中断，影响安装工期。

优点：对水资源需求量少。

方案二：待岔、支管整体安装完成后，进行岔、支管的整体水压试验。

此方案优点：闷头制作数量少(即所需材料少)，共需4个，不影响安装，水压试验时，同时也对支管段进行检验，只需做一次水压试验。

缺点：需要足够的水资源。

综合比较，选取第二方案，进行水压试验。

（4）试验方法

①在岔管的最高点位置设置排（补）气管、阀，以及真空破坏阀，用于试验的管、阀强度应满足试验要求，压力表、进水阀及试验机连接管阀均设置于临时堵头上，试验用压力表精度需1级以上并经过检定合格。

②试验段充水前堵头及接管应按一类焊缝要求施焊并探伤合格。充水时打开进水阀及排气阀，可对试验段管道进行预充水；充水过成中应对管线进行巡查，如有异常应立即停止充水，排除异常后，方可再次进行充水。充水完毕后需静压24h，彻底排除管道内的空气，方可进行加压试验。整个试验过程中随时检查钢管的渗水和其它异常情况[3]。对位移形变进行监测，并对排水管各种阀门等进行认真检查。本工程水压试验压力为5.4MPa。

③水压试验时，逐级加载缓慢升压，每一级保持10min以上，对钢管进行检查，观察压力表指针应保持稳定，不应有指针颤动现象。情况正常后，才充许继续加压，加压速度不大于0.05MPa/min，升至工作压力后，保持30min以上，检查无异常后，再逐级升至试验压力并保压稳压30min，此时压力表的压力应无变动。然后下降至工作压力，保持30min以上，继续卸压直至高点压力表示值为零。此时应打开补气阀进行补气，再打开泄水阀，彻底排除管道内水体。整个过程中钢管应无渗水及其它异常情况。

④试验完成后割去闷头（包括焊接热影响区）、余留的管壁长度满足施工图纸的规定。内壁按工艺进行打磨并喷涂相应的涂层。

⑤试验成果报告

试验结束后及时向监理人报送水压试验成果报告，其内容包括试验过程、测试成果、发生的异常情况及其解决办法以及评价意见等。

3 结束语

本文从岔管的制作工艺及焊接方面，阐述了岔管的制作流程，为岔管的设计和制作提供参考。对制作生产过程中涉及的技术以及具体的操作方法等应用特点有一个全面且深入的了解，综合运用各种先进的技术并对各方面的施工流程进行优化，最大程度上提高岔管自身的稳定性和安全性。