壓力鋼管安裝須注意的技術(shù)問題

1、 1998年第11期水力發(fā)電27壓力鋼管安裝須注意的技術(shù)問題杜天棕閆翠萍(小浪底水利樞紐建設(shè)管理局, 河南濟(jì)源, 454681張淑英(天津市焊接研究所, 天津, 300100 關(guān)鍵詞安裝預(yù)熱涂漆履式卡具壓力鋼管摘要壓力鋼管焊接前的預(yù)熱方法及預(yù)熱溫度, 應(yīng)根據(jù)鋼種、鋼板厚度、焊接方法、環(huán)境條件等綜合考慮, 合理選擇預(yù)熱規(guī)范。環(huán)境濕度對焊接質(zhì)量有較大影響, 有些預(yù)熱規(guī)范不適合于高濕度的環(huán)境條件。壓力鋼管的焊接采用墊板接頭可減少隧洞開挖量和回填混凝土方量, 但彎管段不宜設(shè)墊板。壓力鋼管的安裝裝配使用履式卡具可使裝配速度快、質(zhì)量好、裝配應(yīng)力均勻、便于反復(fù)調(diào)整, 是值得推薦的方法。鋼管內(nèi)壁涂漆由于面漆容

2、易在安裝過程中被損壞, 尤其是鋼管底部, 所以在制作場可將底部區(qū)域只涂底漆保護(hù), 面漆留在安裝后期涂敷。隨著特大型、大型常規(guī)水電站和高水頭抽水蓄能電站的開發(fā), 壓力鋼管也朝著大型化和高強(qiáng)度化的方向發(fā)展, 如三峽水電站壓力鋼管直徑達(dá)1214m , 二灘水電站壓力鋼管厚度最大為52mm ,例。經(jīng)試驗(yàn)、分析斷定, 主要是因?yàn)樗矶磧?nèi)濕度大(最高RH 為100% 而引起的。后來雖經(jīng)火焰去濕, 但當(dāng)裝配應(yīng)力較大及濕度過高時(shí), 仍有裂紋產(chǎn)生, 直至設(shè)置固定式加熱器才杜絕了裂紋的產(chǎn)生。由此可見, 下列預(yù)熱規(guī)范的規(guī)定不適于高濕度環(huán)境條件下的A 537C 111鋼(或其他牌號的H T 50級鋼 。(1 美國焊接研

3、究學(xué)會推薦, 氣溫10時(shí), 厚度2514mm 的鋼不預(yù)熱。(2 日本壓力鋼管規(guī)范:厚度25mm 時(shí), 預(yù)熱到去濕程度。(3 A S M E 附錄D :推薦最低溫度為10(對于所有厚度 。(4 DL 501793:厚度30mm 不預(yù)熱(尚有例外的環(huán)境條件, 但未提及濕度 。但是, A 537C 111鋼的供貨廠商日本N KK 公司推薦其隧洞內(nèi)安裝的預(yù)熱溫度為100以上, 系可能考慮濕度、裝配應(yīng)力及管理水平等最不利的狀況所作出的萬無一失的選擇。其中管理水平對預(yù)熱選擇有較大的影響, 譬如移動式火焰預(yù)熱法, 如果管理者及操作者技術(shù)水平不高, 責(zé)任心又不強(qiáng), 則很難實(shí)現(xiàn)均勻預(yù)熱; 另一方面, 應(yīng)保證幾名

4、焊工同步焊一條縫, 這樣, 除能防止不均勻收縮變形引起的收稿日期:1998207209十三陵、天荒坪及小H T 80級高強(qiáng)鋼已用于魯布革、浪底等電站的壓力鋼管, 從而增加了設(shè)計(jì)與施工的難度; 傳統(tǒng)的安裝方法也受到?jīng)_擊, 迫使人們尋求新的安裝工藝和方法。由于經(jīng)驗(yàn)不足, 在實(shí)施中如果出現(xiàn)問題, 將會涉及修改設(shè)計(jì)、合同變更及索賠等問題。為避免這些問題的發(fā)生, 應(yīng)合理地選擇規(guī)范和工藝。1預(yù)熱規(guī)范的選擇預(yù)熱及預(yù)熱溫度的確定, 應(yīng)根據(jù)鋼種、板厚、結(jié)構(gòu)剛度、裝配應(yīng)力、接頭類型、焊接方法、焊接材料種類、施工環(huán)境條件及施工管理水平等作綜合考慮, 這是一個(gè)比較復(fù)雜的問題, 絕非翻閱一、兩個(gè)規(guī)范就能確定的。實(shí)際上,

5、 諸多的預(yù)熱規(guī)范各有不同。其次, 預(yù)熱與否及預(yù)熱溫度的確定, 純屬承包商的事, 如果合同文件將其規(guī)定得無回旋余地, 那么一旦出現(xiàn)了問題, 則必然引起爭端。國內(nèi)曾有過A 537C 111(H T 50級 鋼、厚度2224mm 的壓力鋼管因未預(yù)熱而出現(xiàn)冷裂紋的實(shí)28水力發(fā)電表1焊工同步操作的層間溫度實(shí)例1998年第11期工程魯布革小浪底管徑 m416718鋼號A 537C 111A 537C 111板厚 mm22, 2432預(yù)熱條件不預(yù)熱初層60焊工數(shù)66層間溫度 初層:26; 第2層:4045; 第35層:507060測溫位置距次層始焊點(diǎn)1m 距次層始焊點(diǎn)015m鋼管偏移外, 尚利于保證層間溫度

6、。表1列舉了工程實(shí)例。如果每名焊工隨意停焊, 則測得層間溫度有時(shí)即為鋼板原始溫度。國內(nèi)某電站蝸殼安裝工程, 其母材為16M n 和S M 50B , 均屬H T 50級鋼, 厚度為55mm , 未施以預(yù)熱也未發(fā)現(xiàn)裂紋。且不論其合理性如何, 單從“未發(fā)現(xiàn)裂紋”這一事實(shí)來看, 說明同一強(qiáng)度級別的鋼在不同的條件下對預(yù)熱的需要差別之大。魯布革電站壓力鋼管工程合同條款對預(yù)熱只作了原則性的規(guī)定, 即預(yù)熱與否及預(yù)熱溫度由承包商確定, 但工程師可根據(jù)實(shí)際情況規(guī)定較高的預(yù)熱溫度。(3 不適合于TH 80級以上的高強(qiáng)鋼。某工程曾做過A 517GrF (H T 80級 和A 537C 111鋼相焊的工藝評定, 其冷

7、彎試驗(yàn)在40時(shí)即開裂。其次, 強(qiáng)度高的鋼對缺口敏感, 而墊板接頭則形成“變截面”和構(gòu)成缺口。(4 不適合于厚板。因V 型坡口焊接填充量比X 型坡口大, 且收縮應(yīng)力較大; 另一方面, 一旦根部產(chǎn)生缺陷, 則返修量大。(5 墊板與管殼外壁間隙應(yīng)盡量小。當(dāng)其大于3mm 時(shí), 容易產(chǎn)生缺陷, 在裝配與焊接時(shí)務(wù)必注意 。2墊板接頭211墊板接頭的優(yōu)點(diǎn)(1 減少隧洞開挖和回填混凝土量。例如魯布革電站壓力鋼管外壁距隧洞壁的設(shè)計(jì)尺寸僅為400mm 。(2 只在鋼管內(nèi)作業(yè), 安全、通風(fēng)條件好。(3 省去氣刨及刨槽打磨工序。212應(yīng)用墊板接頭的注意事項(xiàng)(1 墊板應(yīng)沿焊縫全長連續(xù)設(shè)置, 墊板間的接頭應(yīng)為全焊透接頭。

8、分成兩個(gè)半圓的墊板不能滿足這個(gè)條件, 這是因?yàn)槌鲇谘b配的需要, 每塊墊板須小于180, 這樣, 裝配后的兩墊板間隙一般在20mm 左右(見圖1 , 這種幾何不連續(xù)性可能誘發(fā)橫向裂紋 。圖2彎管設(shè)墊板的裝配狀態(tài)(6 無損探傷對缺陷及偽缺陷的判斷須有足夠的經(jīng)驗(yàn)。(7 避免在管外作業(yè), 否則, 違背了設(shè)墊板接頭的意圖, 那種動輒在管外破壞墊板及返修焊的做法是不正常的。(8 管外設(shè)計(jì)空間大小應(yīng)與x 射線探傷統(tǒng)一考慮。日本是采用自動裝x 膠片的小車, 或以自動記錄式超聲波探傷取代x 射線。(9 為避免在狹窄的空間內(nèi)作業(yè), 外支撐宜僅設(shè)置在管的上游端。實(shí)際上, 在臨近已回填混凝土、呈剛性固定狀態(tài)的鋼管段上

9、設(shè)外支撐起不了什么作用, 莫不如在上游端下工夫。(10 坡口設(shè)計(jì)不可硬套某一規(guī)范。實(shí)際上, 規(guī)范繁多、規(guī)定不一。應(yīng)根據(jù)板厚、焊接位置及實(shí)際中可能出現(xiàn)的間隙等確定。假如設(shè)計(jì)間隙為10, 也不適合mm , 按AW S 標(biāo)準(zhǔn), 即使坡口角度為30圖1不連續(xù)的墊板形式(2 彎管不應(yīng)設(shè)墊板。如圖2示出了彎管設(shè)置墊板而裝配不上的工程實(shí)例。于橫焊, 況且鋼管安裝間隙變化較大, 因此, 應(yīng)最小取40。日本川崎重工研制的墊板已成功地應(yīng)用于魯布革電站和日本其他電站(見圖3 。難度也大, 效率低, 有時(shí)需將定位焊縫割除重新調(diào)整。此法適于直徑較小、壁薄的管 。3異形管坡口對于彎管、錐管及岔管等異形管的坡口設(shè)計(jì)與加工,

10、 應(yīng)注意“坡口角度(Groove angle 與坡口面角度(B evel angle 的區(qū)別。譬如彎管, 兩坡口面角度之和大于或小于其所形成的坡口角度 。圖5履式卡具(單位:mm 圖3日本川崎重工墊板設(shè)計(jì)(單位:mm 4裝配壓力鋼管安裝裝配大致有以下方法。(1 傳統(tǒng)的裝配方法。系借助于拉板、型板調(diào)整對口(見圖4 。這種方法較簡便, 又能預(yù)防變形, 但焊接、拆除這些附件較麻煩 。圖6千斤頂調(diào)整桿對于H T 80級之類的高強(qiáng)鋼, 雖應(yīng)盡量避免在其上面焊接臨時(shí)附件, 但并非禁止。日本在H T 80級鋼上焊接卡具是很普遍的做法, 但應(yīng)對其焊接與拆除工藝作詳細(xì)規(guī)定和控制。圖4傳統(tǒng)的裝配方法(2 履式卡具

11、。這是日本應(yīng)用于壓力鋼管及其他焊接結(jié)構(gòu)(例球罐 的通用卡具(見圖5 。使用5涂裝511鋼管內(nèi)壁涂裝方法是預(yù)先將鍵在車間焊好, 裝配時(shí), 將履套在鍵上, 插上銷, 再用楔調(diào)整間隙和錯(cuò)邊。調(diào)整合格后, 可將銷、楔點(diǎn)焊, 以防滑落。然后進(jìn)行定位焊。待正式焊接至兩層之后, 再拆除卡具。該方法的優(yōu)點(diǎn)是裝配速度快, 質(zhì)量好, 裝配應(yīng)力均勻, 可反復(fù)調(diào)整, 直至合格。缺點(diǎn)是需預(yù)先制作卡具?？偟膩碇v, 值得推薦。(3 千斤頂調(diào)整桿。該方法的特點(diǎn)是不需焊接任何附件, 用千斤頂調(diào)整桿和手拉葫蘆進(jìn)行裝配(見圖6 。缺點(diǎn)是最終調(diào)整部位往往應(yīng)力較大, 調(diào)整如果鋼管在制作階段完成最終涂漆并達(dá)到設(shè)計(jì)膜厚, 則在其后的安裝中

12、涂膜難免被損壞, 施以修補(bǔ)不僅費(fèi)時(shí), 且不易保證質(zhì)量。因此, 可采用以下方法。(1 面漆移至安裝后涂敷。鋼管內(nèi)壁防腐涂料較廣泛地采用環(huán)氧瀝青漆, 其設(shè)計(jì)厚度一般為4005003道。其最大允許重涂時(shí)m , 大致涂2間, 以海鷗牌P 514 C 514型涂料為例, 一般為48h , 也因作業(yè)環(huán)境條件而異。這樣, 若將最終涂層延至安裝后進(jìn)行, 則時(shí)間間隔有時(shí)會是幾個(gè)月。為防止層間剝離, 在安裝涂漆前須對前涂層表面進(jìn)行粗化處理。某工程采用的是效率高的噴砂處理, 壓力為014M Pa 、噴射角6070、噴射距離100200mm , 經(jīng)附著性試驗(yàn)合格。此方法的缺點(diǎn)是惡化洞內(nèi)作業(yè)條件, 成本也較高, 一般不

13、采用。(2 預(yù)留鋼管底部區(qū)域。因安裝中原漆層被破壞的區(qū)域主要為鋼管底部, 所以日本某電站是在制作涂漆中, 對于鋼管底部只涂車間底漆, 作為臨時(shí)保護(hù), 其余部位均涂至最終膜厚。在安裝涂漆前, 將鋼管底部作“凈化噴砂”(Sw eep b lasting , 然后補(bǔ)涂環(huán)氧瀝青漆。這種方法值得借鑒。(3 在制作工場只涂車間底漆。有的工程是在制作工場噴砂后只涂車間底漆, 在安裝涂漆前再作“凈化噴砂”, 除去鋅、鹽和污物。在生銹區(qū)域和焊接接頭區(qū)噴砂到清潔度符合美國SSPC SP I O 或瑞典S ISSa 21 2或ISO 21 2級, 然后統(tǒng)一涂中間漆和面漆。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量好, 缺點(diǎn)是需噴砂兩次。

14、512外壁防腐鋼管外壁防腐一般是涂水泥砂漿。外壁防腐不是必需的, 只有當(dāng)從制作結(jié)束到安裝回填混凝土的時(shí)間間隔長時(shí)才需要。例如, 地處氣候干燥地區(qū)的二灘水電站, 鋼管外壁就未作防腐處理。在安裝澆筑混凝土之前對焊接接頭區(qū)補(bǔ)涂水泥漿的做法是多余的。6結(jié)論(1 合同規(guī)范宜對預(yù)熱只作原則性規(guī)定, 給予承包商選擇的余地。(2 確定預(yù)熱規(guī)范應(yīng)充分估計(jì)到環(huán)境濕度的影響。(3 移動式火焰預(yù)熱法難以管理, 不能有效地防止裂紋。(4 采用墊板接頭有諸多的注意事項(xiàng), 在設(shè)計(jì)與施工方面應(yīng)予以綜合考慮。(5 坡口設(shè)計(jì)應(yīng)考慮鋼管安裝接頭的特點(diǎn)。對于異形管接頭, 應(yīng)注意坡口角度和坡口面角度的關(guān)系。(6 鋼管裝配推薦采用履式卡

15、具。(7 應(yīng)恰當(dāng)?shù)剡x擇制作涂漆和安裝涂漆的時(shí)機(jī), 注意最大允許重涂時(shí)間間隔。(8 鋼管外壁防腐不是必需的。蓮花水電站通過竣工安全鑒定按照原電力部水電建設(shè)工程安全鑒定規(guī)定第五條“竣工安全鑒定是工程竣工驗(yàn)收的必要依據(jù), 工程竣工驗(yàn)收前必須進(jìn)行竣工安全鑒定”的規(guī)定, 黑龍江省水電建設(shè)管理局委托中國水電建設(shè)工程咨詢公司組成專家組, 承擔(dān)蓮花水電站竣工驗(yàn)收階段的大壩安全鑒定工作。專家組由水電總院、昆明院、北京院、大壩安全監(jiān)察中心和西北院有經(jīng)驗(yàn)的專家組成。安全鑒定工作的范圍為大壩、二壩、溢洪道及消能防沖工程、引水發(fā)電工程、建筑物基礎(chǔ)處理和邊坡處理等項(xiàng)目。安全鑒定工作分三個(gè)階段進(jìn)行:第一階段:1998年5月21日至28日, 專家組在蓮花工程現(xiàn)場調(diào)查, 全面了解工程情況, 提出了安鑒工作大綱及下一階段需要補(bǔ)充的工作和所需的資料。第二階段:1998年7月29日至月19日, 專家組在全面掌握資料的基礎(chǔ)上, 深入分析, 研究問題, 形成竣工安全