积石峡水电站大直径压力钢管整体卷制对螺旋线变形的控制

薛伟伟，李晓刚，徐 鑫

（黄河上游水电开发有限责任公司工程建设分公司，青海 西宁 810000）

0 引言

积石峡水电站引水压力钢管采用一机一管的布置方式，钢管内径11.5 m，钢管的制作是国内首个采用整体卷制的工程项目，本项目的创新在于首次实现了大直径钢管的一次性整体卷制成形，大直径钢管钢板组对、翻身输送、焊接、整体卷制工序过程实现了自动化流水线作业，降低了人工和辅材消耗的成本，提高了生产效率，压缩了生产工期，填补了国内大型压力钢管现场整体卷制制造的空白。

1 整体卷制工艺流程

整体卷制工艺流程为：①钢板在专用钢平台对接→②钢板正面埋弧自动焊接→③组合翻板机翻身→④钢板反面埋弧自动焊焊接→⑤钢板平移输送→⑥钢管卷制输送系统→⑦钢管卷制（专用辅助支撑配合卷板机作业）→⑧在卷板机上合拢对缝→⑨完成合拢纵缝焊接→⑩机上校圆→11○抓梁提取钢管并翻身平置→后续工序。从工序①到⑩在成套设备支持下，全过程无需起吊设备实现机械化流水线作业。避免了大量的人力投入，减低工人劳动强度，取消了大量的起重作业工作量，大大提高了生产安全系数，提高了钢管产能。

2 条形板卷制螺旋线性变形及传统处理方法

2.1 螺旋线性变形的产生

压力钢管每个管节由3块瓦片组成，共3条纵缝，其中2条为拼板对接纵缝，1条为封口对接纵缝，2条拼板对接纵缝双面埋弧焊完成后，36.11 m长的条形板形成，即进入整体卷板工序。

整个条形板卷制完成后，理论上应形成标准圆环，而实际条形板在卷制过程中，因多种因素往往发生螺旋线性变形。积石峡水电站压力钢管卷制成形后，螺旋升角为 0.5°～1°,双对接板端最大螺距（轴向错边）达70～200 mm（见图1）。

图1 螺旋线性变形产生的错边

2.2 传统处理方法

按照传统处理该错边的办法既是用手拉葫芦沿轴线方向将错边拉回，点焊定位后再进行内壁封口对接埋弧焊。

实际在将错边拉回校正的同时，圆环又发生了较为复杂的变形，进水口与出水口发生了相似但却相反的弹性变形，两封口对接边由近似平行错边变形为空间相交变形。若在只做简单调整，而未做彻底有效处理情况下即进行点焊定位，进行埋弧自动焊，往往会出现封口焊缝两端径向错边缺陷；又因封口对接边发生不平行变形，致使埋弧自动焊行走小车喷嘴发生一定角度的偏移，造成焊道未焊满，盖边不足缺陷。因焊道不满，未盖边缺陷而进行手工补焊，改变和降低了焊道组织的均一性。

为消除径向错边所造成的对接缝正反表面凹凸不平缺陷，往往采用直接打磨修正，或将正反表面缺陷部位补焊后再进行平顺过渡打磨。两种修正的方法本质区别在于，前一种是牺牲母材的打磨，后果是使母材局部变薄，造成管节圆周上的不等强度；而后一种是焊补后打磨焊补区以达到平顺过渡，对于错边缺陷采用补焊修磨处理，符合DL 5017《压力钢管制造安装及验收规范》要求。

3 产生螺旋线性变形的原因及处理措施

3.1 产生螺旋线性变形的原因

（1）瓦片拼板纵缝两端间隙不均，纵缝焊道收缩不一致，条形板给进产生纵向偏移。

（2）卷制平台为单侧限位，卷板给进平台在板材前进方向右侧垂直于平台设置4根可以转动的限位辊，其只能起到单侧限位作用。

（3）卷板高架支撑平台，设4套（2×8个支撑点）可以径向摆动，自行调整支撑点的液压支撑装置。2×8个支撑点准确参与支撑工作的可靠性较低。

（4）卷板机上、下卷辊不平行造成卷板间隙差异，板材原始轧制厚度在平面上的偏差均可使条形板给进发生偏移。

（5）高架支撑平台只有对管节的径向支撑而无轴向的限位，条形板在卷制过程中所发生的轴向偏移无法有效控制。

3.2 处理措施

（1）在瓦片拼板工序即严格按要求控制拼板缝的尺寸公差及相对位置公差。

（2）条形板给进系统的单侧限位装置改为双侧限位，减小条形板行进直线偏差。

（3）定期检查和校准。定期检查、校准卷板三卷辊间平行准确度。

（4）进一步调整、修正管节高架支撑结构，努力提高2×8个支撑点全部参与工作的可靠性，使高架支撑机构在管节卷制过程中的条形板在径、轴向均得到可靠支撑和限位。

（5）对已发生的错边可采用专门设计的卡具对板端进行有效调整，直至对接板端无明显错边后才能定位焊；待整条封口焊缝调整至符合要求后再分别进行双面埋弧焊。

（6）对已发生的错边缺陷不允许以打磨掉原母材的方法消除，应采用补焊后再进行修磨的消除缺陷工艺。

4 结语

整体卷制技术是压力钢管制作的一种新工艺。在以往的水电站建设中，大直径引水压力钢管由单片瓦片组焊而成，费时费工，劳动强度大，质量不易控制。整体卷制技术改变了压力钢管制作的传统工艺，提高了机械化水平和劳动生产效率。但是此种制作工艺在管节卷制成形过程中往往会发生螺旋线性变形，如果未能采取可靠措施来进行有效修正消除，势必影响管节的制作质量。所以完善整体卷制工艺的重点是尽量减小卷制过程中的螺旋线性变形，研制可靠的专用调校卡具，建立较科学正确的消缺工艺，对已发生的螺旋线性变形进行有效的修正消除。只有逐步完善大直径压力钢管的整体卷制工装设备和管节卷制焊接工艺，才能卷制生产出合格优质的大直径压力钢管。