岔管制作工法.docx
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岔管制作工法
岔管制作工法
前言
阿鸠田水电站为引水式电站，枢纽工程主干管径Ф3000mm，电厂设置三台机组，主干管由1#岔管分支进3#机的1#支管及2#岔管，由2#岔管分支进2#、3#机的2#、1#支管。
岔管结构形式为非对称的“卜”形月牙肋岔，1#岔管进口中径φ3046，出口中径为φ2046，φ1346，重27.776t，水压试验压力5.3125MPa，设计压力4.25Mpa，壁厚46mm。
2#岔管进口中径φ2034，出口中径为φ1334，φ1334，重15.11t，水压试验压力5.3125MPa，设计压力4.25Mpa，壁厚34mm。
1#、2#岔管的材质均为15MnVR。
在刚开始考虑岔管的制作工艺时，也是首先考虑采用传统的工艺措施，多采用放大样方法，即采用1：
1的方式长（利用素线总长来确定放样各点的位置），但是传统工艺中素线长度往往10M多，需要场地大、设备多、人员多、劳动量大等缺点，而且精确度不高。
因此借助计算机先进的工具，经过一番艰苦的思索，独自找到一条崭新的展开工艺，本次展开工艺克服了以往的缺点，放样各点的Y轴数值最小为0，只需确定一个坐标原点，就可以根据各坐标参数准确找到展开轮廓线上的各点，具有方便、实用、占用场地小、省时、省力、准确度高、检验方便等特点。
焊接过程中，严格控制焊接工艺的实施，消应严格、后热处理简单，整体效益较高。
继阿鸠田1#、2#岔管之后，我们又先后制作了乌泥河电站、金河电站的岔管。
至此，我们制作了全部类型的月牙勒岔管，并且都取得了成功。
经过认真总结，形成了本工法。
但本工法还存在不足，仍需要各位同行不断改进完善。
一、本工法的特点及适用
我局在以往的岔管管节展开中，多采用放大样方法，即采用1：
1的方式长（利用素线总长来确定放样各点的位置），素线长度往往10M多，需要场地大、设备多、人员多、劳动量大等缺点，而且精确度不高；本次展开工艺克服了以上缺点，放样各点的Y轴数值最小为0，只需确定一个坐标原点，就可以根据各坐标参数准确找到展开轮廓线上的各点，具有方便、实用、占用场地小、省时、省力、准确度高、检验方便等特点。
焊接过程中，根据焊接评定的结果，采取了严格、简洁的焊接工艺的措施，消应严格、后热处理简单，取消了同行常采用的整体后热处理措施，整体效益较高。
本工法适用于非对称的“卜”形月牙肋岔管及对称的“Y”形月牙勒岔管的制作，不适用于普通的“卜”式三通管。
二、主要技术原理：
ⅰ：
通过几何、数学相结合，计算出管节大、小两个端口的每条素线长度，再根据展开角度ω=360*SINθ/2（θ为管节锥角）及瓦片数量计算出放样点的坐标参数。
在展开放样的工艺中，每个放样点的素线长度、展开角度、坐标参数都得以体现，方便下料时检验校核。
ⅱ：
焊接上采用分块焊接厚再整体焊接，减少整体焊接量。
焊接过程中，采用焊前预热、层间温度控制、对称焊接、控制焊接顺序、焊后保温等措施，保证焊接质量，减少焊接变形量，取消整体后热处理措施。
三、岔管制作主要工艺过程
①编制依据
1、工程岔管施工蓝图
2、压力钢管制造安装及验收规DL/T5017-93
3、招标文件、合同文件
②岔管制作工艺流程
本工程制作的岔管结构复杂，壁厚较大，材质为15MnVR，焊接工艺要求高，为我局所制作的岔管之最。
因为考虑到制作现场及放样的误差。
本次制作的计算、下料、拼装及焊接均采用新的工艺措施。
下料尺寸均采用X-Y坐标系确定各曲线点，从而连接各点为光滑曲线。
以完成各部件外形尺寸的下料。
这种工艺从最大程度上避免了由于大半径放样取点而造成的放样误差，另一方面也大大加大了技术上的计算量。
为确保计算结果的准确性，本工艺措施要求按5：
1制作一模型以校核计算结果。
岔管的制作顺序为先小后大，积累经验。
现将岔管制作工艺流程编制如下：
岔管制作工艺流程图
备料
③、岔管制作工艺
1、制作前准备
1.1备料
岔管料壁厚较大，材质为15MnVR，为保证岔管材料质量，严格按照招标技术文件，施工蓝图及《压力钢管制造安装及验收规》DL/T5017-93规的要求采购岔管材料。
岔管制作后进行打压试验准备试验工具及设备等。
1.2岔管拼装平台搭设
按照岔管制作蓝图在制作场地按1：
1的比例将岔管放大样，将岔管拼装支墩搭设起来。
2、岔管管节下料
2.1画线
本工艺的下料画线数据对于下料工来说很容易掌握的，首先在所要用的钢板上确定一直角坐标系的原点，然后根据下料数据表中给出的各X——Y坐标点画出各点，再用光滑过渡曲线连接各点成为一条完整的轮廓线即可。
轮廓线、切割轨道线、上下左右准线要用样冲眼及油漆标识，以便拼装、安装时使用。
为方便卷圆工序，本工艺特增加了卷板参照线，也可以用直线连接下料轮廓线的各相同序号点作为卷板参照线。
参照线同样也要用样冲眼标识。
画线时要求直角坐标系的X——Y轴确保为90°，以避免在取点时造成较大的误差。
锥管和弯管节的画线一定要搞明白坐标原点的位置及区别。
下料工及其他工序的工种有义务对工艺进行审核，如发现疑问请及时与技术部门交流探讨。
因为受钢厂的钢板生产规格所限，同时也为了减少边角料的产生，节约材料，本岔管的部分管节采用两瓦片组焊而成，下料时要注意标示清楚，如果瓦片分缝在上下左右准线处，应在瓦片纵缝两边各300mm处打上样冲眼作为参照线，以方便以后的拼装参照使用。
考虑到火焰修弧引起的收缩，在管节瓦片的纵缝接缝处要留出2——3mm的收缩余量。
月牙肋处的参数为肋板中心线处的数据，下料参数中未扣除月牙肋的厚度，待此处管节拼焊成整体后，再画线切除多余部分即可。
进水口及出水口预留200mm的余量，以便水压试验时使用，但真实轮廓线要用样冲眼标出，水压试验后预留的200mm余量可不切除，作为岔支管的一部分保留。
各样冲眼要布置在钢管的壁。
下料注意事项：
相邻管节的纵缝距离大于板厚的5倍且不小于100mm；
同一管节上的相邻纵缝间距应不小于500mm；
下料画线允许偏差请参照规的相应规定。
2.2切割（考虑修弧余量）
沿画好的轨道线点焊φ6钢筋做为切割机轨道；火焰调至合适，但要防止过大，以减小切割量及热影响区。
切割时要留下样冲眼，从而预留了焊接、火焰消应及火焰修弧校正的余量。
由于管节展开后边缘轮廓为曲线，有的部位宽度较小而两边较大，考虑到卷板时的自重变形，狭窄处可保留一部分边角料，以增加此处的强度，便于卷板成形。
3．坡口形式：
采用双Y形坡口，钝边偏心1/3。
4．卷板
根据现有设备条件，管节卷制使用WIIS-50×3000水平下调式三辊卷板机进行。
卷制过程在本厂进行。
1#岔管的Φ1334mm出口及2#岔管量个出口（Φ1334mm）的径较小，纵缝接头处采用模板处理，以保证接头处的弧度。
卷板时要注意到所有的标识均在管壁侧，不要卷错。
其他部位的卷制采用分段卷制、逐段校正的方法，视具体情况将圆弧曲线分成X等份，分别卷制成型，具体操作由卷板人员掌握。
卷板弧度误差遵照DL/T5017-93规执行。
5.拼装
大部分管节由2瓦片组成。
管节卷制前应先将2瓦片拼焊为一体；其中两岔管的4#、7#管节是由上下两个小管节、4个瓦片组成，上下两小管节要分别将2瓦片组焊成为一体，但上下两管节不必组焊一起，待分别卷制成型后再组焊。
为保证管节的圆度，管节可加支撑，圆度控制在规要求围，以方便后续的整体拼装。
单节管节焊接成型后要根据规进行探伤、处理完毕后方可进行下一步的整体组拼，以尽量减少整体焊接的残余应力。
岔管的整体拼装可由3#管节起，首先进行3#、4#、7#管节及月牙肋板的拼装，然后进行其他管节的拼装。
每组拼一节都要测量其管节轴线间的夹角及其他相关测量点的参数，尤其是3#、4#、7#管节及月牙肋板处，是整个岔管成型的关键，特别要注意此处的尺寸控制。
为保证整体组拼的精确度，组拼前应对各个管节的相关尺寸进行校核，确定与图纸无误后再进行组拼。
在进行月牙勒的拼装时一定不要怕麻烦，月牙勒与相邻管节的接缝一定要小心修整，不要造成大的缝隙而影响焊接。
拼装过程中，为保证相关尺寸的准确性，可对管节接缝进行修正，以消除下料过程中的误差，减小累积误差，必要时需用砂轮打磨，尽量增加精度。
④、焊接
1、总则
帕河阿鸠田水电站1#、2#岔管均采用15MnVR钢板，板厚分别为46mm和34mm两种规格，为保证岔管制作和焊接质量，遵照DL/T5017-93有关标准和规要求，特制定岔管焊接工艺，在施焊过程中务必遵照执行。
2、焊接人员及焊接设备
2.1焊接人员
焊接人员必须持有全位置有效合格证有经验的合格焊工，同时配备焊接技术人员和探伤质检员，全过程指导和检查焊接工作，确保焊缝一次探伤合格。
2.2焊接设备
焊接设备选用时代逆变式直流弧焊机，为确保焊接需要要求所选用的焊机必须具有稳定参数（电弧电压稳定），电流调节灵敏和安全可靠性能。
焊接设备上的电流表、电压表应经过校核，准确反映实际焊接参数，调节装置应灵敏可靠，保证施焊焊机电流、电压相同。
岔管纵缝、环缝焊接前需要预热及焊后需要后热消应处理，应配备一套履带式加热器核电子测温计，在加热过程中要设专人操作并做好记录工作。
选用4个保温筒，在使用过程中插上电源使烘焙过的焊条在焊接过程中处于保温状态。
2.3焊接材料
焊条选用E5015，焊条必须有出厂合格证和质量保证书。
焊丝采用H10MnSi和HJ431焊剂，焊丝和焊剂应有出厂合格证和质量保证书。
焊条和焊剂在使用前必须严格按照使用说明书的规定进行烘干，焊丝使用前必须清除表面的油污和锈斑。
焊接材料应设专人负责保管、烘焙和发放并有详细记录。
烘焙后的焊条和焊剂应保存在100℃—150℃的恒温箱中，随取随用，焊工配备的焊条保温筒，在使用过程中保温筒要通电加热，焊条用一根取一根。
焊条在保温筒超过4h时应重新烘干，烘干次数不超过二次。
使用过的焊剂应按焊剂生产厂家提供的使用要求执行。
烘干后的焊剂在空气中4h以上应重新烘干，烘干次数不超过三次。
熔化过的焊剂不得再次使用，使用过的焊剂要注意严防氧化皮等杂物混入，并经重新烘干才能再次使用。
焊剂反复使用时应不断添加一些新焊剂，并尽可能混匀。
3.预热和后热处理
3.1
1#、2#岔管的焊缝焊接前，必须采用履带式加热器对焊缝进行预热，预热温度应大于150℃，预热宽度应为焊缝中心两侧不小于100mm，并用远红外线进行检测，包乘曾见保持层间温度不底于150℃且不大于230℃。
3.2
焊缝在碳弧气刨清根时，必须进行加热，保持层间温度不底于150℃。
3.3
焊缝焊接完毕后立即进行后热处理，后热温度控制在200℃~250℃，保温时间0.5~1h，然后让焊缝缓慢冷却至正常温度。
3.4
焊缝拼装组对时要求合格焊工点焊，点焊前应对焊接位置进行80~100℃的预热，严禁在母材上乱打弧和乱焊不必要的压板等。
3.5
当环境温度在-5℃以下，相对湿度在90%以上时，焊接处应有可靠的防护措施，方可施焊，大风大雨天气停止焊接。
4.焊接检验
4.1
岔管所有焊缝，焊工焊接完要进行焊缝外观检查，发现缺陷进行处理。
焊缝部质量检查及外观检查由焊接质检员及无损探伤员进行。
岔管焊缝必须进行100%的超声波探伤检查，在超声波探伤有可疑不能准确判断时必须用射线校验。
4.2
发现焊缝缺陷必须由合格焊工进行处理，处理前必须按6.3的规定进行预热及后热，同一部位返修次数不超过二次，超过二次的焊补制定可靠的技术措施，并经技术负责人批准后方可焊补，并要求记录在案。
5.焊接工艺
5.1岔管15MnVR钢的焊接工艺，在焊接工艺评定的基础上编制。
5.2焊接母材规格，1#岔管所用材料板厚δ=46mm，2#岔管所用材料板厚δ=34mm。
岔管焊接采用手工焊，焊接设备使用时代逆变直流弧焊机。
焊条采用E5015，Φ3.2、Φ4.0、Φ5.0三种规格，焊条烘焙温度严格按照焊条说明书进行。
5.3焊前预热采用履带式加热板加热，预热温度层间控制温度及焊后后热温度控制按6.3的要求进行。
5.4焊接前焊缝坡口外两侧的铁锈、水分等杂质采用角向磨光机打磨清理干净。
5.5施焊要求选用对称焊，小规多层多道焊的焊接方法同步进行焊接。
每一道焊缝的第一层焊接采用Φ3.2的焊条小规打底焊，每位焊工必须选用同样的焊接规同时进行焊接。
5.6管节纵缝与环缝的焊接应在管节拼成一体并经检测符合误差要求后进行，以避免焊后再进行处理的麻烦。
5.7整体的焊接
整体的焊接要求同7.6条要求，焊缝的预热采用加热带预热；
整体焊接的其它要求，整体的焊接采用对称、多层、分段焊接，可采用“十”字对称焊接；在进行下一层的焊接前，用大号风铲敲击焊缝部位进行消应处理，保证层间温度的要求。
3#、4#、7#管节与月牙肋的焊缝焊接完毕后，进行消应处理，检测合格后再进行其它焊缝的焊接。
在进行其它焊缝的焊接时，要随时监测有关参数，随时修正，以保证整体岔管的形体参数符合设计及规要求。
焊接过程中如果遇到较大的缝隙，请先小心长肉，待缝隙减小到1——2mm后再进行焊缝的焊接。
⑤、水压试验
由于水压试验的弧面封头不好加工，附近没有具备生产能力的厂家，远距离加工成本太高，所以采用平面门代替弧面封头，这在引黄入晋工程中也采用过，并且取得了成功。
1#、2#岔管的水压试验压力值为5.3125MPa，当岔管注满水后，利用试压泵缓慢升至工作压力4.25MPa，保压10Min；对岔管进行检查，情况正常，继续升至试验压力5.3125MPa，保压5Min，再降至工作压力，保持30Min，并用0.5~1.0Kg小锤在焊缝两侧各15~20mm处轻轻敲击，整个试验过程中无渗水和其他异常情况。
⑥、岔管防腐处理
岔管防腐处理按照招标文件技术要求及DL/T5017—93规要求进行防腐涂漆。
四、资源配置
1、人员配置见表一
表一岔管制作人员配置表
序号
工种
人数
从事容
1
焊工
6
焊接岔管所有焊缝及盲板封头
2
机械工
4
岔管管节下料及组装，试压管路连接
3
探伤工
1
岔管焊缝的无损检验
4
焊接工程师
1
指导岔管焊接及焊接措施编写
5
焊接质检员
1
指导并监督焊接措施在焊接过程的实施
6
起重工
1
岔管管节吊装及岔管吊装
7
辅助工
6
焊缝打磨及消除焊接应力
8
焊接材料发放员
1
焊接材料烘焙及发放并作记录
9
电工
1
岔管制作现场电气设备的接线及照明维护
2、设备配置见表二
表二岔管制作设备配置表
序号
设备名称
数量
备注
1
直流电焊焊机
6台
焊接岔管所有焊缝及盲板封头
2
卷扳机
1台
卷制岔管管节
3
探伤仪
1台
岔管焊缝的无损检验
4
空压机
1台
焊缝坡口处理及焊缝应力消除
5
风铲
4柄
焊缝应力消除
6
40t汽车吊及20t门吊
各1台
岔管管节吊装及岔管吊装
7
履带加热器
1套
焊缝焊缝预热及焊缝消除应力
8
测温计
1把
测量焊缝温度
9
半自动切割机
2台
岔管管节下料
10
电动试压泵
1台
岔管压力试验
11
手动砂轮机
2台
焊缝打磨
12
10t螺旋千斤顶
4台
调整岔管位置
13
400℃烘焙箱
1台
烘焙焊条
14
防腐设备
1套
岔管防腐处理及刷漆
15
压力表
2块
检测岔管试压压力值（要求校验）
16
高压阀门
2个
进口及放气各用一个（径φ15）
3、消耗性材料
岔管制作需要消耗性材料主要有：
搭设岔管组装平台所用型钢、钢板、斜铁、氧气、乙炔及焊条等。
五、岔管制作补充工艺
考虑实际工装便利，在实际操作中，尽量满足以下要求：
a：
画线时要确保准确，并用样冲眼清楚地标示出轮廓线﹑准线﹑检查线﹑卷板线等。
b：
尽量在上午气温较低时完成画线工作，以保证画线的准确性，纵缝要向返100mm检查线。
C：
对于平口的锥管节，放样画线时可采用地轨画线。
1.切割
环缝切割时要留出样冲眼，即大约留出2mm的余量用于拼装修正误差；
纵缝切割时要留出约1mm余量，即留出样冲眼即可；
大﹑小端的边缘线尽量用两台切割机同时同步切割，以减少变形。
2.坡口
所有坡口均为2/3外坡口，即在管壁侧留一定钝边，以保证各种样冲眼标示完整保留在管壁侧。
焊接时由焊工自刨坡口并同时清根。
（如果卷板需要，瓦片小口短可暂不开坡口）
六、效益分析
我局在以往的岔管管节展开中采用的1：
1放大样方法，素线长度往往10M多，需要一片相对较大平整的场地，并且还存在投入设备多、人员多、劳动量大等缺点，精确度还不高；本工法克服了以上缺点，放样各点的Y轴数值最小为0，只需确定一个坐标原点，就可以根据各坐标参数准确找到展开轮廓线上的各点，具有方便、实用、占用场地小、省时、省力、准确度高、检验方便等特点。
焊接过程中，严格控制焊接工艺的实施，消应严格、后热处理简单，取消了大型岔管整体加热消应过程，整体效益较高。
本工法经过阿鸠田电站1#、2#岔管（“卜”式）、乌泥河电站岔管、金河二级电站岔管（“Y”式）制作过程的检验，证明本工法具有很强的可行性。
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