積石峽水電站大直徑壓力鋼管整體卷制對螺旋線變形的控制

薛偉偉，李曉剛，徐 鑫

（黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司工程建設(shè)分公司，青海 西寧 810000）

0 引言

積石峽水電站引水壓力鋼管采用一機(jī)一管的布置方式，鋼管內(nèi)徑11.5 m，鋼管的制作是國內(nèi)首個(gè)采用整體卷制的工程項(xiàng)目，本項(xiàng)目的創(chuàng)新在于首次實(shí)現(xiàn)了大直徑鋼管的一次性整體卷制成形，大直徑鋼管鋼板組對、翻身輸送、焊接、整體卷制工序過程實(shí)現(xiàn)了自動化流水線作業(yè)，降低了人工和輔材消耗的成本，提高了生產(chǎn)效率，壓縮了生產(chǎn)工期，填補(bǔ)了國內(nèi)大型壓力鋼管現(xiàn)場整體卷制制造的空白。

1 整體卷制工藝流程

整體卷制工藝流程為：①鋼板在專用鋼平臺對接→②鋼板正面埋弧自動焊接→③組合翻板機(jī)翻身→④鋼板反面埋弧自動焊焊接→⑤鋼板平移輸送→⑥鋼管卷制輸送系統(tǒng)→⑦鋼管卷制（專用輔助支撐配合卷板機(jī)作業(yè)）→⑧在卷板機(jī)上合攏對縫→⑨完成合攏縱縫焊接→⑩機(jī)上校圓→11○抓梁提取鋼管并翻身平置→后續(xù)工序。從工序①到⑩在成套設(shè)備支持下，全過程無需起吊設(shè)備實(shí)現(xiàn)機(jī)械化流水線作業(yè)。避免了大量的人力投入，減低工人勞動強(qiáng)度，取消了大量的起重作業(yè)工作量，大大提高了生產(chǎn)安全系數(shù)，提高了鋼管產(chǎn)能。

2 條形板卷制螺旋線性變形及傳統(tǒng)處理方法

2.1 螺旋線性變形的產(chǎn)生

壓力鋼管每個(gè)管節(jié)由3塊瓦片組成，共3條縱縫，其中2條為拼板對接縱縫，1條為封口對接縱縫，2條拼板對接縱縫雙面埋弧焊完成后，36.11 m長的條形板形成，即進(jìn)入整體卷板工序。

整個(gè)條形板卷制完成后，理論上應(yīng)形成標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)，而實(shí)際條形板在卷制過程中，因多種因素往往發(fā)生螺旋線性變形。積石峽水電站壓力鋼管卷制成形后，螺旋升角為 0.5°～1°,雙對接板端最大螺距（軸向錯(cuò)邊）達(dá)70～200 mm（見圖1）。

圖1 螺旋線性變形產(chǎn)生的錯(cuò)邊

2.2 傳統(tǒng)處理方法

按照傳統(tǒng)處理該錯(cuò)邊的辦法既是用手拉葫蘆沿軸線方向?qū)㈠e(cuò)邊拉回，點(diǎn)焊定位后再進(jìn)行內(nèi)壁封口對接埋弧焊。

實(shí)際在將錯(cuò)邊拉回校正的同時(shí)，圓環(huán)又發(fā)生了較為復(fù)雜的變形，進(jìn)水口與出水口發(fā)生了相似但卻相反的彈性變形，兩封口對接邊由近似平行錯(cuò)邊變形為空間相交變形。若在只做簡單調(diào)整，而未做徹底有效處理情況下即進(jìn)行點(diǎn)焊定位，進(jìn)行埋弧自動焊，往往會出現(xiàn)封口焊縫兩端徑向錯(cuò)邊缺陷；又因封口對接邊發(fā)生不平行變形，致使埋弧自動焊行走小車噴嘴發(fā)生一定角度的偏移，造成焊道未焊滿，蓋邊不足缺陷。因焊道不滿，未蓋邊缺陷而進(jìn)行手工補(bǔ)焊，改變和降低了焊道組織的均一性。

為消除徑向錯(cuò)邊所造成的對接縫正反表面凹凸不平缺陷，往往采用直接打磨修正，或?qū)⒄幢砻嫒毕莶课谎a(bǔ)焊后再進(jìn)行平順過渡打磨。兩種修正的方法本質(zhì)區(qū)別在于，前一種是犧牲母材的打磨，后果是使母材局部變薄，造成管節(jié)圓周上的不等強(qiáng)度；而后一種是焊補(bǔ)后打磨焊補(bǔ)區(qū)以達(dá)到平順過渡，對于錯(cuò)邊缺陷采用補(bǔ)焊修磨處理，符合DL 5017《壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》要求。

3 產(chǎn)生螺旋線性變形的原因及處理措施

3.1 產(chǎn)生螺旋線性變形的原因

（1）瓦片拼板縱縫兩端間隙不均，縱縫焊道收縮不一致，條形板給進(jìn)產(chǎn)生縱向偏移。

（2）卷制平臺為單側(cè)限位，卷板給進(jìn)平臺在板材前進(jìn)方向右側(cè)垂直于平臺設(shè)置4根可以轉(zhuǎn)動的限位輥，其只能起到單側(cè)限位作用。

（3）卷板高架支撐平臺，設(shè)4套（2×8個(gè)支撐點(diǎn)）可以徑向擺動，自行調(diào)整支撐點(diǎn)的液壓支撐裝置。2×8個(gè)支撐點(diǎn)準(zhǔn)確參與支撐工作的可靠性較低。

（4）卷板機(jī)上、下卷輥不平行造成卷板間隙差異，板材原始軋制厚度在平面上的偏差均可使條形板給進(jìn)發(fā)生偏移。

（5）高架支撐平臺只有對管節(jié)的徑向支撐而無軸向的限位，條形板在卷制過程中所發(fā)生的軸向偏移無法有效控制。

3.2 處理措施

（1）在瓦片拼板工序即嚴(yán)格按要求控制拼板縫的尺寸公差及相對位置公差。

（2）條形板給進(jìn)系統(tǒng)的單側(cè)限位裝置改為雙側(cè)限位，減小條形板行進(jìn)直線偏差。

（3）定期檢查和校準(zhǔn)。定期檢查、校準(zhǔn)卷板三卷輥間平行準(zhǔn)確度。

（4）進(jìn)一步調(diào)整、修正管節(jié)高架支撐結(jié)構(gòu)，努力提高2×8個(gè)支撐點(diǎn)全部參與工作的可靠性，使高架支撐機(jī)構(gòu)在管節(jié)卷制過程中的條形板在徑、軸向均得到可靠支撐和限位。

（5）對已發(fā)生的錯(cuò)邊可采用專門設(shè)計(jì)的卡具對板端進(jìn)行有效調(diào)整，直至對接板端無明顯錯(cuò)邊后才能定位焊；待整條封口焊縫調(diào)整至符合要求后再分別進(jìn)行雙面埋弧焊。

（6）對已發(fā)生的錯(cuò)邊缺陷不允許以打磨掉原母材的方法消除，應(yīng)采用補(bǔ)焊后再進(jìn)行修磨的消除缺陷工藝。

4 結(jié)語

整體卷制技術(shù)是壓力鋼管制作的一種新工藝。在以往的水電站建設(shè)中，大直徑引水壓力鋼管由單片瓦片組焊而成，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，勞動強(qiáng)度大，質(zhì)量不易控制。整體卷制技術(shù)改變了壓力鋼管制作的傳統(tǒng)工藝，提高了機(jī)械化水平和勞動生產(chǎn)效率。但是此種制作工藝在管節(jié)卷制成形過程中往往會發(fā)生螺旋線性變形，如果未能采取可靠措施來進(jìn)行有效修正消除，勢必影響管節(jié)的制作質(zhì)量。所以完善整體卷制工藝的重點(diǎn)是盡量減小卷制過程中的螺旋線性變形，研制可靠的專用調(diào)?？ň?，建立較科學(xué)正確的消缺工藝，對已發(fā)生的螺旋線性變形進(jìn)行有效的修正消除。只有逐步完善大直徑壓力鋼管的整體卷制工裝設(shè)備和管節(jié)卷制焊接工藝，才能卷制生產(chǎn)出合格優(yōu)質(zhì)的大直徑壓力鋼管。