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        大型天方地圓異型鋼管制作技術(shù)

        2016-07-20 06:07:08王寬貴何啟忠
        四川建筑 2016年3期
        關(guān)鍵詞:工藝

        曾 元, 王寬貴, 何啟忠

        (中國葛洲壩集團(tuán)機(jī)械船舶有限公司, 湖北宜昌 443002)

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        大型天方地圓異型鋼管制作技術(shù)

        曾元, 王寬貴, 何啟忠

        (中國葛洲壩集團(tuán)機(jī)械船舶有限公司, 湖北宜昌 443002)

        【摘要】藏木水電站由于地處高原,交通不便,初期道路運(yùn)輸條件不具備大型設(shè)備的運(yùn)輸。為了解決大型設(shè)備運(yùn)輸困難,降低施工成本,鋼管在施工現(xiàn)場(chǎng)的壓力鋼管加工廠進(jìn)行制作。針對(duì)特殊的施工條件,對(duì)其放樣、下料、壓弧、卷板、單件拼裝機(jī)整體組裝等關(guān)鍵工藝進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新,尤其是在沒有數(shù)控設(shè)備下料和壓力機(jī)的情況下,采用CAD軟件放樣,半自動(dòng)切割機(jī)下料,根據(jù)施工場(chǎng)地現(xiàn)有的設(shè)備,自主設(shè)計(jì)專業(yè)壓弧裝置[1],通過合理的排版降低了材料消耗,從而提高效率、降低成本。該項(xiàng)技術(shù)成果的應(yīng)用,極大地節(jié)省了超大件高昂的運(yùn)輸費(fèi)用,減少了采購先進(jìn)施工設(shè)備的成本,綜合成本降低17 %。

        【關(guān)鍵詞】異型鋼管;制作;工藝

        1工程概況

        藏木水電站在右岸大壩鋼襯制造中共設(shè)置9個(gè)天方地圓:10#~15#壩段沖砂廊道鋼襯共設(shè)置6個(gè)天方地圓(漸變段),進(jìn)口端5 m×5 m的喇叭口,后緊接天方地圓(漸變段),下游端是直徑3.4 m的圓管,出口處設(shè)置1個(gè)天方地圓將出口變?yōu)榉焦埽捎肣345R鋼板,壁厚20 mm;16#壩段右沖砂底孔鋼襯,進(jìn)口端6 m×8.34 m的喇叭口后緊接1個(gè)天方地圓(漸變段),向下游為直徑4 m的圓管,出口處設(shè)置1個(gè)天方地圓將出口變?yōu)榉焦?,采用Q345R鋼板,壁厚20 mm。

        2大型天方地圓異型鋼管制作技術(shù)

        藏木水電站地處西藏自治區(qū)海拔3 300 m的雅魯藏布江干流上,由于地處高原,交通不便,道路運(yùn)輸條件不具備大型設(shè)備的運(yùn)輸條件。我單位承建的藏木水電站右岸大壩金屬結(jié)構(gòu)制作及安裝工程,包括大型壓力鋼管的制作,為了解決大型設(shè)備運(yùn)輸困難,降低施工成本,鋼管需在施工現(xiàn)場(chǎng)的壓力鋼管加工廠進(jìn)行制作。該項(xiàng)目共有9個(gè)天方地圓漸變段鋼管,針對(duì)特殊的施工條件,對(duì)其放樣、下料、壓弧、卷板、單件拼裝機(jī)整體組裝等關(guān)鍵工藝進(jìn)行優(yōu)化。尤其是在沒有數(shù)控設(shè)備下料和壓力機(jī)的情況下,采用CAD軟件放樣,半自動(dòng)切割機(jī)下料,根據(jù)施工場(chǎng)地現(xiàn)有的設(shè)備,自主設(shè)計(jì)專業(yè)壓弧裝置,通過合理的排版降低了材料消耗,從而提高效率、降低成本17 %。

        天方地圓鋼管在鋼管加工廠進(jìn)行分段制作,根據(jù)道路運(yùn)輸條件和安裝現(xiàn)場(chǎng)纜機(jī)的起吊能力,組裝成整體。在天方地圓異型管的制作中,重點(diǎn)是根據(jù)空間曲面參數(shù),將其展開成平面,得到下料尺寸,然后根據(jù)采購的鋼板規(guī)格進(jìn)行分段下料、壓弧、卷板、整體組裝、焊接。由于天方地圓漸變段有多塊異形工件組焊成整體,單塊工件之間的焊縫較多,焊接變形控制及焊接殘余應(yīng)力消除是施工的難點(diǎn)。為了保證鋼管焊接后的外形尺寸,在鋼管制作單件放樣時(shí),將鋼管外徑整體放置22 mm的焊接收縮余量。在拼裝時(shí),采用立拼,在平臺(tái)上畫出投影曲線,依照曲線將各瓦片找正位置并固定,測(cè)量間距,焊接加固支撐。成型后對(duì)整體外形尺寸進(jìn)行測(cè)量,合格后方可開焊。通過對(duì)藏木水電站沖砂鋼管天方地圓異型管的制作得到了工藝的很多優(yōu)化[2]。

        3施工工藝流程及操作要點(diǎn)

        3.1確定工藝流程

        天方地圓異型鋼管制作的關(guān)鍵工序包括細(xì)化瓦片展開圖、分塊放樣、下料、壓弧、卷板、整體拼接、校正、焊接、檢驗(yàn)等。制作工藝流程見圖1。

        3.2操作要點(diǎn)

        3.2.1深化設(shè)計(jì)

        由于工程的特殊性和局限性,為了降低施工成本,制作現(xiàn)場(chǎng)沒有數(shù)控切割機(jī)下料,所以無法使用一些放樣軟件,只能結(jié)合鈑金展開方法,在CAD中將每個(gè)瓦片的實(shí)樣畫出來,然后按1∶1在鋼板上放樣,在鋼板上勾畫出平滑曲線,再用半自動(dòng)切割機(jī)下料,盡量保證切口的平整。

        現(xiàn)以藏木水電站右沖砂底孔鋼襯φ4 m×6 m天方地圓漸變段鋼管制作為例,介紹其制作過程的相關(guān)工藝。

        (1)在CAD中對(duì)天方地圓漸變段鋼管整體進(jìn)行展開,整體展開為4個(gè)弧段和4個(gè)平面三角形。為了考慮焊接收縮變形,鋼管整體展開時(shí)端口周長(zhǎng)放置22 mm的收縮余量,以保證鋼管焊接收縮后管口尺寸與相鄰對(duì)接的管節(jié)管口尺寸相吻合。漸變的具體放樣見圖2。

        圖2 天方地圓漸變段鋼管整體展開

        (2)根據(jù)鋼板規(guī)格尺寸和壓弧設(shè)備對(duì)整體進(jìn)行分塊放樣。此天方地圓漸變段高6 m,分3節(jié),每節(jié)為8個(gè)瓦片。根據(jù)設(shè)計(jì)在放樣時(shí)要考慮焊縫錯(cuò)縫問題,弧段分3段下料,具體分塊展開見圖3。

        圖3 天方地圓漸變段鋼管弧段分塊展開

        弧段①、②、③分別放樣,用寬度為2 100 mm的鋼板下料,在寬度和長(zhǎng)度方向各放2 mm余量,詳見圖4~圖6。

        圖4 天方地圓漸變段鋼管弧段①展開

        圖5 天方地圓漸變段鋼管弧段②展開

        圖6 天方地圓漸變段鋼管弧段③展開

        平面三角板分3段下料,分塊展開見圖7。

        圖7 天方地圓漸變段鋼管三角形段分塊展開

        3.2.2下料

        天方地圓異型管瓦片中,三角形段外形為規(guī)則平面瓦塊,弧段為曲面瓦塊,三角段可直接畫線切割,弧段需要畫出均勻的曲線,再勾畫出平滑切割線,考慮切割面的平滑度,采用多分點(diǎn),以直線代替曲線,順次直線連接成形。通過在CAD中對(duì)比,用該方法做圖與原圖實(shí)際尺寸相差僅為0.1 mm以內(nèi),完全滿足精度要求。切割后的工件直線精度控制在±0.5 mm,其切口細(xì),半成品切割面光滑、平整,相交邊過渡方法可調(diào),根據(jù)需要交角平滑過渡或直角過渡,無缺角,下料質(zhì)量得到了很大提高。

        各瓦塊下料后,分節(jié)分段編號(hào),標(biāo)注水流方向。

        3.2.3構(gòu)件壓彎成形

        天方地圓異型管整體分為3大節(jié),每節(jié)由8個(gè)瓦片組成。弧段需要壓彎制作成形,具體步驟為:

        (1) 將已下好料的瓦塊平板拼接成形,水流方向一致,點(diǎn)焊牢固。

        (2) 以四邊形折角為頂點(diǎn),圓口方向按周長(zhǎng)48等分畫點(diǎn),畫出等分射線。

        (3) 各射線打樣沖眼做出標(biāo)記后解體。

        (4) 各片以頂點(diǎn)為原點(diǎn),預(yù)壓射線,調(diào)整下模間隙,復(fù)壓。使圓口方向半徑R誤差±10 mm之間。

        (5) 更換模具,壓頂點(diǎn)折角,使其圓滑過渡。

        其中弧段②和弧段③,其上下兩端分別為不同半徑的圓弧板,此圓弧為標(biāo)準(zhǔn)圓弧,可在卷板機(jī)上按線性卷制成形,用樣板尺控制弧度,保證達(dá)到規(guī)范要求。

        其中段?、侔霃捷^小,無法用卷板機(jī)卷制,因此采用自主設(shè)計(jì)的液壓壓弧裝置,延射線按點(diǎn)壓弧成形。

        3.2.4整體拼裝

        方口向下,圓口向上進(jìn)行拼裝,具體步驟為:

        (1)鋼平臺(tái)測(cè)平,平面度±1 mm。

        (2)在平臺(tái)上按底部方截面整體放樣,將單個(gè)構(gòu)件按樣檢驗(yàn),同時(shí)也畫出頂端圓弧在平臺(tái)上的投影線,樣板弦長(zhǎng)按2 000 mm計(jì),弧度矢高差≤2.0 mm,超差處,校正。

        (3)按水流方向向下,將最底部瓦塊按放大樣對(duì)正組對(duì),圓口處直徑D誤差為±5.0 mm,上口平面度≤2.0 mm,縱縫組對(duì)間隙≤2.0 mm,錯(cuò)位≤2.0 mm,點(diǎn)焊,固定。

        (4)依次將上部瓦塊吊裝就位,與底部瓦塊組對(duì),縱縫間錯(cuò)開300 mm,環(huán)縫接口組對(duì)要求同縱縫。上口正四形邊要求邊長(zhǎng)B±1.0 mm,對(duì)角線差≤2.0 mm,周長(zhǎng)差±5 mm,管口平面度差≤2.0 mm,點(diǎn)焊,固定。

        (5)各瓦片吊裝就位后,檢測(cè)各部位關(guān)鍵尺寸,尺寸符合焊前要求,然后加內(nèi)支撐,由于焊縫條數(shù)很多,為了防止焊接變形,各斷面口用內(nèi)支撐加固牢靠。

        3.2.5焊接

        焊前仔細(xì)了解查看各焊接部位,根據(jù)西藏高原高寒地區(qū)氣候環(huán)境的特殊性,制定詳細(xì)的焊接工藝。

        (1)天方地圓縱縫、環(huán)縫均采用手工電弧焊,并用背面清根的方法。

        (2)加勁環(huán)焊縫采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)進(jìn)行焊接。

        (3)為防止變形,正式焊接前先進(jìn)行定位加固焊,加固焊的長(zhǎng)度以100~120 mm為宜。

        (4)先焊接內(nèi)部焊縫,外部清根,打磨后再進(jìn)行外側(cè)焊接。

        (5)焊接過程應(yīng)為雙數(shù)人員,對(duì)稱焊接。多層焊的層間接頭應(yīng)錯(cuò)開。為盡量減少變形和收縮應(yīng)力,在施焊前選定定位焊焊點(diǎn)和焊接順序,應(yīng)從構(gòu)件受周圍約束較大的位置開始施焊,向約束較小的部位推進(jìn)。

        (6)焊接環(huán)境溫度低于-5℃時(shí),根據(jù)規(guī)范要求采取焊前預(yù)熱,焊后保溫等措施。

        (7)焊接時(shí)可預(yù)留1條縱縫暫不焊接,待其余焊縫焊完確保周長(zhǎng)后再焊。

        (8)焊接過程應(yīng)隨時(shí)用樣板檢查弧度變化以便及時(shí)調(diào)整焊接順序。

        (9)焊接完成并經(jīng)24 h時(shí)效后做無損檢測(cè),確保焊縫內(nèi)部焊接質(zhì)量[3]。

        4關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

        4.1關(guān)鍵技術(shù)

        4.1.1針對(duì)性強(qiáng)

        對(duì)瓦塊下料尺寸的計(jì)算、下料尺寸的控制、瓦片成型設(shè)備、成型工藝、組裝焊接工藝、焊接殘余應(yīng)力消除工藝等均提出了具體要求。

        4.1.2科學(xué)合理的優(yōu)化

        (1)該技術(shù)針對(duì)大型天方地圓異型管的制作而制定,如構(gòu)件尺寸大、中間成不規(guī)則變化過渡、瓦塊形狀各異。

        (2)充分利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)越性,應(yīng)用CAD繪圖軟件,分段繪制圖形,精確畫出各瓦片展開圖,并在鋼板上精準(zhǔn)放樣,實(shí)現(xiàn)切割下料。

        (3)用40×3 000的三輥式液壓卷板機(jī)進(jìn)行卷板,用自主設(shè)計(jì)的3 200 kN雙液壓頂壓弧裝置進(jìn)行壓弧,按線壓、點(diǎn)壓分別施壓的方法使瓦塊成型良好,平滑過渡。

        (4)優(yōu)化組裝工藝,保證周長(zhǎng)尺寸、接口間隙、錯(cuò)位符合設(shè)計(jì)要求。

        (5)編制合理的焊接工藝,有效控制變形,保證焊接質(zhì)量。

        (6)進(jìn)行合理的內(nèi)支撐加固,防止運(yùn)輸過程中的變形。

        4.2創(chuàng)新點(diǎn)

        (1)藏木水電站右岸大壩大型天方地圓異型管制作時(shí),部分工件需要在大型壓力機(jī)上進(jìn)行壓弧,而藏木水電站地處西藏,交通不便,工業(yè)落后,該部分工件需要從公司壓弧成型后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。但由于距離較遠(yuǎn),周期較長(zhǎng),無法滿足藏木水電站整體施工進(jìn)度要求,因此,采取在藏木水電站現(xiàn)有的鋼管加工廠進(jìn)行大型天方地圓異型管制作的方案,以此保證藏木水電站工程建設(shè)工期的要求。

        (2)大型壓力機(jī)采購周期長(zhǎng)、成本高,為了滿足施工工期要求,采購兩臺(tái)320 t的液壓頂,自行設(shè)計(jì)和制作壓弧裝置,以此代替大型壓力機(jī)完成工件壓弧工序的施工方案,不僅滿足了工期要求,而且大大節(jié)省了施工成本。

        (3)根據(jù)藏木水電站壓力鋼管加工廠至大壩高線供料平臺(tái)的交通運(yùn)輸條件和壩上纜機(jī)的起吊能力,將6 m長(zhǎng)的天方地圓異型管分成3個(gè)2 m的單體,運(yùn)輸至壩頂供料平臺(tái),整體吊至安裝部位進(jìn)行安裝,從而降低運(yùn)輸強(qiáng)度,減少安裝現(xiàn)場(chǎng)的施工工序,縮短安裝工期。不僅節(jié)省了運(yùn)輸費(fèi)用和纜機(jī)吊裝臺(tái)班,而且為大壩混凝土澆筑贏得了寶貴的時(shí)間,為藏木水電站工程整體建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。

        5結(jié)束語

        藏木水電站海拔高、氣候干燥、晝夜溫差大等特點(diǎn),與國內(nèi)其它地區(qū)已建的類似工程有很大區(qū)別,沒有可以借鑒的經(jīng)驗(yàn),許多東西都要靠自己摸索。通過對(duì)藏木水電站特殊的地理位置、藏木水電站右岸大壩鋼管特性參數(shù),以及現(xiàn)場(chǎng)施工條件的深入分析和研究,制定出對(duì)天方地圓異形鋼管進(jìn)行分段分片制作、整體安裝的施工方案。該項(xiàng)目共有9個(gè)天方地圓漸變段鋼管,針對(duì)特殊的施工條件,對(duì)其放樣、下料、壓弧、卷板、單件拼裝及整體組裝等關(guān)鍵工藝進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新。尤其是在沒有數(shù)控設(shè)備下料和壓力機(jī)的情況下,采用CAD軟件放樣,半自動(dòng)切割機(jī)下料,根據(jù)施工場(chǎng)地現(xiàn)有的設(shè)備,自主設(shè)計(jì)專業(yè)壓弧裝置,減少了采購先進(jìn)施工設(shè)備的成本,并通過對(duì)每個(gè)工序的檢查及檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析,優(yōu)化和改進(jìn)大型異型鋼管的制作工藝。通過合理的排版降低了材料消耗,科學(xué)地解決了曲面瓦片切割余量難以控制的技術(shù)難題,有效地控制了大型異型鋼管的焊接變形,提高了產(chǎn)品質(zhì)量,保證了施工進(jìn)度,降低了施工成本,安全、順利、高效地完成了藏木水電站天方地圓異形鋼管的制作任務(wù)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]陳國勤,楊慶文.惠州抽水蓄能電站尾水鋼管方變圓制作施工技術(shù)[J]. 云南水力發(fā)電,2015(3).

        [2]DL/T 5017-2007 水利水電工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范[S].

        [作者簡(jiǎn)介]曾元(1988~),男,主要從事水利水電金屬結(jié)構(gòu)制安施工技術(shù)及質(zhì)量管理。

        【中圖分類號(hào)】TV547

        【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

        [定稿日期]2015-11-17

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