瓦屋山月牙肋岔管制造工艺

瓦屋山水电站月牙肋岔管制造工艺

摘要：根据四川瓦屋山水电站月牙肋岔管的制造情况，叙述了中小水电站月牙肋岔管的制造新工艺，为类似的水电站工程提供了一定的借鉴性意见。。

关键词：月牙肋，放样，制作，焊接

1 概述

瓦屋山水电站为引水式电站，枢纽工程主干管内径φ5800 mm。电厂设置2台机组，主干管由岔管分支进1号机的1 号支管,由岔管分支进2 号机的2 号支管。岔管结构形式为对称的“Y”形月牙肋岔管，岔管进口内径φ6106mm，出口内径为φ4800mm，重86.9t；岔管基本锥水压试验采用碟形封头，其中大封头内径5129mm、小封头直径3543mm，因封头与基本锥各管口直径略有差异，在主、支管口分别设置1.2m、1.5m连接锥过渡，水压试验压力4.11MPa，设计压力3.74MPa。月牙肋岔管的材质为δ=60mm的WDB620D-Z25,月牙肋材质为δ=160mm的16MnR，结构图如图1所示。连接锥的材料都为δ=60mm的国产高强钢WDB620D-Z25，大封头的材料为δ=61mm的国外刚材

SM470Q，小封头的材料为的δ=42mm国外钢材SM570Q。在制造过程中，由于月牙肋和岔管的材质不同，岔管为δ=60mm的国产高强钢WDB620D-Z25，月牙肋为δ=160mm的普通钢16MnR，而且两种厚度的相差较大，还有其焊接制造在水电行业中较少见，而且难度也比较大。还有连接锥与封头的焊接，一种是国内高强钢，一种是国外的高强钢，而且厚度不一，在选择焊材和焊接上都有很大的难度。通过预估各施工难点，科学制定有针对性的制造工艺，圆满完成了此次全用国产钢材制造岔管的任务。

图1 岔管结构图

2 制作工艺过程

2.1放样下料

月牙肋岔管是由许多平面钢板卷制成的锥形构件组合而成，这些锥形构件的大直径端头通常要被1个或2个平面相截，卷制完后大直径端头呈一个平面椭圆弧结构。要确定岔管各瓦片在卷制前的平面尺寸，可以采用展开图法，或者采用展开计算法。根据水电八局贵阳机械厂瓦屋山金属结构项目部的实际情况，可直接利用计算机展开做图法下料。

2.1.1计算机展开做图法

首在计算机AotuCAD环境的模型空间里生成岔管的设计平面投影图形(1:1实

样)，再根据规范要求和卷板能力定出各瓦片拼缝位置并体现在投影图上，随后进入可以自动生成瓦片展开图形的AoTolJSP语言环境(一般数控切割机上即配备有该语言的软件包)，得出各锥瓦片的1:1平面图形，然后可以利用数控切割机直接进行单块瓦片的投影下料。根据材料将岔管共分18块瓦片，其中A锥4块，B和C锥各7如图2示。

B1（C1）

A22

A12

A21 A11

B2（C2)B3（C3)

B4（C4)

B5（C5)

B7（C7)

B6（C6)

图2 岔管下料图

2.12 月牙肋板下料

月牙肋板由于板厚达到160mm,切割比较困难，根据有关规定，我们选用7号气嘴，0.8MPa压力，达到良好效果。

2.2 瓦片卷制

管壁钢板下料经检验合格后进行卷制。瓦片卷制在100×3000三辊式卷板机上进行。卷板机操作由专人负责，并严格按其使用说明书进行操作。管节卷制分预弯、卷板两个步骤进行。

卷制前应做到：

a.标识出管节展开延伸线作为投料下压基准线；

b.清除钢板表面的毛刺和已脱落的氧化皮。

2.2.1 预弯

钢板预弯在专用胎模上进行，胎模厚度为120mm，长3100mm，宽度为2000mm，材质16Mn的钢板制造，由2张厚60mm钢板贴合而成，其曲率半径须考虑反弹量，必要时采用垫铁板的方法进行卷压成型。

钢板预弯时，先校正胎模位置，转动胎模至极限位置，此时应保证胎模端缘与下辊轴线平行。校正钢板投料方向后预弯。

2.2.2 卷板

卷板前拆除胎模，校正钢板进料方向，使钢板中心尽量与卷板机上辊轴线重合，钢板端缘与下辊轴线平行，纵缝垂线与辊轴线垂直。卷制时卷板方向必须与压延方向一致，且钢板出厂标识面（钢管内壁面）及各标记线与上辊接触。

卷制时先卷两端后中间，以小辊量进行卷制，特别是不同板厚的管壁第一次卷制时，更应控制加辊量。卷制时经常用样板进行检验，直至合格为止。注意在卷制过程中钢板表面出现毛刺、拉痕等现象时，应暂停卷制，检查其深度，并待抛光机抛

光后再卷。

2.2.3 卷板成型后的检验

样板的检验是卷制过程中的过程检验，最终质量控制是检测圆弧长的测量和拼装线的校对。对每块瓦片，在放样图上均设置了检测圆的，分别标出检测圆的半径和卷成后的弧度弦长，在卷成型后进行检测。满足《压力钢管制造安装及验收规范》DL5017-1993。

2.3 制造总体程序

材料到货→材料外观检验、取样、送检→焊接工艺评定试验→编程、下料→瓦块卷制→试拼→解体、运输→产品运至瓦屋山金结项目部、卸车→分别组拼成A、B、C三锥→纵缝检测→运输至六号支洞口→拼装（检测）→焊接→检测→焊接水压试验封头→配合水压试验应力测试单位完成其它工作→岔管水压试验应力测试→封堵拆除→防腐→清场、竣工验收

2.4 焊接

瓦屋山水电站岔管焊接材料为CHE620FLH焊条,与月牙肋（16MnR）焊接时用CHE507焊条。必要的焊接工艺评定、合理制订焊接顺序和工艺参数，是确保岔管焊接质量的关键。

2.4.1 焊接工艺评定

针对岔管的材质和焊缝特点，我们对如下几种焊接工艺进行了评定。WDB620手工对接试验（含仰焊和横焊），16MnR埋弧对接试验，WDB620D-Z25和16MnR手工T接试验（仰焊），试验结果表明，3种接头的拉断、弯曲、冲击等各项指标均符合规范要求。

针对岔管管壁与月牙肋板组合角焊缝焊接应力集中，容易产生拘束裂纹的特点，按照钢管安装规范的要求，专门作了月牙肋板与管壁钢板的窗口拘束裂纹实验。对焊口破开检查的结果表明，按照以上的焊接工艺，焊缝的纵横剖面均无微裂纹产生。

2.4.2 焊接顺序

本着尽量减小焊接拘束应力的原则，采取如下总体焊接顺序如图3示：

1

11

1

3

5

2

1

1

3

2

5

1

1

4

A锥

C锥

B锥

月牙肋图3 岔管焊接顺序图

说明:

1.瓦块对接纵缝

2.B、C锥与月牙肋间的组合焊缝

3.瓦块对接环缝

4.月牙肋与A锥间的角焊缝

5.B、C锥与A锥间的对接环缝

6.岔管焊接按1-2-3-4-5顺序焊接

注:在焊接B、C锥与月牙肋间的组合焊缝之前,要对岔管中标号3、5的焊缝进行点焊加固处理,并保证这些焊缝在B、C锥与月牙肋间的组合焊缝进行预热或焊接过程中不会出现点焊炸裂。

2.4.3 焊接过程控制

2.4.

3.1 焊接坡口

两支锥管与月牙肋板组合部位的坡口开为不对称“K”型坡口，其余焊缝开为1/3不对称“X”型坡口(内大外小)。不同板厚的焊接采用过渡焊接。

2.4.

3.2 焊接材料

岔管自身钢板对接焊缝和连接锥与封头的焊接采用牌号为CHE62CFLH焊条。岔管与16MnR钢板对接焊缝采用CHE507RH焊条。16MnR钢板对接焊缝采用两种焊材（J507和J427焊条）。焊材在使用前按工艺评定规程做烘干和保温处理。

2.4.

3.3 焊接方式及人员布置

月牙肋与B、C锥组合缝焊接与其他焊缝两边各都布置六名焊工对称均布焊接，先焊主坡口焊缝，再进行背缝清根，然后将背缝一次性焊完，焊后立即进行后热消氢处理。为减少焊接过程中产生的拘束应力，焊接时，严格采用分段对称施焊。外侧清根时用预热加热片加温保持规定的预热温度。焊接工作要连续进行不得间断，分三班倒，焊接线能量控制在24～32KJ。

2.4.

3.4 焊接预热、保温、后热

预热温度：120～150℃，保证预热温度达到要求温度时方可焊接。

焊缝层间温度不低于120℃。因任何原因需降低温度进行焊接外其他操作前，必须在焊接中断后立即进行消氢处理，后热时间根据所完成焊接厚度而定，再次焊接前，需重新预热处理。

后热消氢处理:消氢处理在焊后立即进行。加热源为远红外线加热片，加热至200℃,保温3h后自然冷却，用远红外测温仪辅助测量温度。

2.4.

3.5 焊接工艺要求

(1 )焊接方式为手工电弧焊接，直流反接、短弧操作，焊条摆动宽度不超过焊条直径的2倍。

(2 )注意坡口清理和层间打磨，由于高强钢在切割和刨缝过程中极易发生氧化和渗碳反应，开焊前和背缝清根后均应用砂轮机将坡口内的渗碳层和氧化皮打磨干净直到露出金属光泽方可开焊，同时焊缝层间也应认真清理。

(3) 月牙肋与B、C 锥相贯线焊缝为组合焊缝，应力较复杂，且月牙肋板为Z向受力，容易产生撕裂，焊接时应由肋板侧与支管侧向焊缝中间过渡焊，最后一道焊缝避免靠近母材一侧。这条缝焊接完毕后应进行探伤，全部缺陷处理合格后方可进行其余焊缝的焊接。

(4) 异种钢材的焊接，应严格按照工艺评定的规范施焊，按强度高的钢材控制焊

接线能量和层间温度，按强度低的钢材选用焊条、控制焊接工艺参数。

(5) 实验表明，WDB620D-Z25高强钢焊接线能量应严格控制在36 KJ以下，这样焊缝接头的韧性才好，才不会导致裂纹产生。

2.4.

3.6 焊缝探伤

按照规定对焊缝进行100％的超声波探伤，并加20％的射线探伤。严格按照焊接工艺，对所有焊缝进行焊接，探伤结果超声波探伤GB/T11345-89标准，BⅠ级合格。

2.5水压实验

全部焊缝探伤合格后，转入水压试验。水压试验压力为4.11Mpa，分为6个阶段，第一阶段保压值0.90Mpa，保压10min；第二阶段保压值1.40Mpa，保压10min；第三阶段保压值2.34Mpa，保压30min；第四阶段保压值2.80Mpa，保压10min；第五阶段保压值3.50Mpa，保30min；第一阶段保压值4.11Mpa，保压30min。全过程郑州质检中心声发射监控以及应力测试，没有发现异常，根据《压力钢管制造安装及验收规范》DL5017-1993，水压试验合格。

2.6 防腐处理

根据《压力钢管制造安装及验收规范》DL5017-1993和招标文件对岔管进行防腐处理。

3 结语

由于这次瓦屋山月牙肋岔管不管是钢材还是焊材都是国产的，在水压试验中还采用的是国外钢材，焊材依然用的是国产焊材，在以前的水电制造中是很少见的，而且是不同材质和厚度相差较大的焊接，这是一个很大的挑战，在制作过程中，只有对每个环节进行严格控制才能保证工程的圆满完工。这也给以后类似工程的制造工作提供了一定的借鉴性意见。