高水头厚壁压力钢管安装施工技术

高水头厚壁压力钢管安装施工技术

赵波

中国水利水电建设工程咨询西北有限公司  陕西省西安市  710100

摘要：高水头厚壁压力钢管适用于水电站等水压高、钢管硬度和承受压力较大的工作场景，能借助高水头厚壁压力钢管的承压性特点提高工作环境的稳定性。本文针对高水头厚壁压力钢管的安装施工技术进行研究讨论，针对运输技术、组装技术和焊接技术进行细致研究。

关键词：高水头厚壁压力钢管；安装施工；技术

引言

我国的水电站发展目前处于快速发展阶段，其对高水头厚壁压力钢管的需求不断增加，对其性能和工作能力的承载性也在不断提升。因此，在安装施工中对技术的要求也呈现上升趋势，需要提高安装施工的工艺和技术，确保高水头厚壁压力钢管在成功安装后发挥稳定的承载和承压能力，维持水电站等高压工作的稳定运转。

一、高水头厚壁压力钢管的运输

（一）坡道运输

坡道运输是高水头厚壁压力钢管安装的起始环节，需要借助专业工具将高水头厚壁压力钢管运输至工作点，在这个过程中需要保证高水头厚壁压力钢管的稳定性、安全性，能平稳地通过坡道变坡点[1]。因此在坡道运输中经过变坡点是保证安装顺利进行的核心技术措施。对此要依据坡度和高水头厚壁压力钢管的型号设计能平稳通过变坡点的运输工具，如小车连接运输装置。将两个1米×1.2米的钢板小车用软链衔接，并使用Φ10的钢轮8个作为滚轮，通过Φ16的钢丝绳相连，让组装的小车能在坡面上运行。同时借助 0.2米×0.2 米×1.8 米的方木组装成轨道，让小车能在轨道上平稳行驶。另外使用牵引机对小车进行牵引，促使其能在轨道上承载着高水头厚壁压力钢管运动。在小车通过变坡点时由于小车采用软链衔接，会自动进行弯折同时不会由于变坡点的坡度损害到钢管，从而顺利通过变坡点。在小车运动开始后借助钢管的重力向下自动滑行，为确保钢管滑行时不会受到牵引钢丝绳的影响安装正向或反向定滑轮，借助定滑轮改变力的方向原理维持稳定的运输效果，促使搭载高水头厚壁压力钢管的小车能平稳渡过变坡点。

（二）洞内运输

高水头厚壁压力钢管在洞内运输是影响施工的重要因素，同样借助小车和卷扬机进行运输。在洞内用方木铺设轨道，便于小车在上面运行，卷扬机设置两台在洞口进行送车进洞和拉车出洞的动力支持。一台卷扬机在洞外负责运送进洞，另一台则负责出洞。将搭载高水头厚壁压力钢管的小车与出洞卷扬机捆绑在一起，进洞时，进洞卷扬机收紧钢丝绳，而出洞卷扬机放出钢丝绳，并在洞内安装定滑轮，同样借助定滑轮的对力的方向改变将小车在钢丝绳的收、放中平稳送入洞中[2]。在小车卸下高水头厚壁压力钢管后，进洞卷烟机放钢丝绳，出洞卷扬机收紧钢丝绳，这样小车被拉出洞。其中，钢丝绳的长度、卷烟机的吨位依据高水头厚壁压力钢管的重量和型号确定。

二、高水头厚壁压力钢管组对

在坡道上进行高水头厚壁压力钢管的组对一般采用自下而上的方式。在高水头厚壁压力钢管运送至工作点后，借助三脚架倒链将钢管吊起用千斤顶将钢管顶起到规定高度，使用手拉葫芦的方式调整管口间隙。在组对时内壁对接使用千斤顶，使用亚马进行外壁对接配合，促使管口的组对错位小于等于3毫米，管口圆度小于等于4毫米。组对完成后进行验收并使用槽钢固定。

三、高水头厚壁压力钢管焊接技术

由于高水头厚壁压力钢管的厚度较高需要采用焊缝预热缓冷技术解决钢管焊接的裂缝问题，提高焊接的质量。

（一）焊接工艺

采用大西洋焊条厂生产的J507焊条进行焊接，并使用X型坡口的焊接形式。

（二）焊接技术

1.预热

预热的目的是防止高水头厚壁压力钢管在焊接时遇到高温出现裂纹或气孔，影响焊接质量。同时能轻松应对低温、多雨、空气湿度较大的环境对钢管造成裂缝或气孔影响。通常使用履带式陶瓷电加热器，预热宽度350 mm，预热温度100℃～120℃，具体情况根据天气湿度、温度和钢管型号确定[3]。在进行预热时要对钢管的内外层进行均匀预热，避免出现局部温度过高的情况。

2.定位焊

使用手工电阻点焊，环缝对称点多于3处，在坡口内点焊，长度大于100毫米。于钢管外侧坡口内点焊时，钢管内侧的焊缝在完成后要将定位焊的焊点打磨掉。

3.手工焊打底

在手工焊打底前将钢管坡口内的灰尘清理掉，保证钢管内没有穿堂风和水分，同时在焊缝两边要预热至120℃，手工焊打底的厚度大于等于3毫米。

4.手工电弧焊填充内焊缝

手工电弧焊填充内焊缝使用向内向外的焊接方式。先开展内侧焊接，完成后进行钢管外侧碳弧气刨清根，之后进行外侧缝焊接。在内侧焊接时，安装焊接需由2名工人进行手工电弧焊，从钢管内部底层开始自下而上反方向沿环口向上焊接。依据钢管壁的厚度进行焊接层数确定，一般是6-18层即可成型，每层焊接的厚度在3—6毫米之间，每层焊接完成后用角磨机对焊缝进行打磨清理，然后开始下一层焊接[4]。在焊接时每两次焊接的温度保持在230℃，低于则易形成裂缝，同时两层焊接的接头错开10厘米。焊条的摆动不能超过其直径的5倍，焊头错开25毫米。在电弧焊进行时要注意收弧质量，在收弧时要将熔池填满。

5.焊缝处理

在钢管内侧完成焊缝后，进行外侧焊缝预热，之后对外侧进行碳弧气刨清根处理，并用角磨机将渗碳层和刨槽表面进行磨除，才能开始外侧缝隙焊接。方法同内侧焊接相同。

6.焊后热处理

为实现消除焊接残余应力规避焊缝预冷产生裂缝问题，需要对焊缝进行焊后消应力措施。借助履带式陶瓷电加热器开展环缝金属相变点下面的均匀热处理，在温度上升至350℃时保持两小时，之后自然冷却到环境温度。

7.焊接检验

在完成内外层焊接后需要对焊接缝进行检验，确保环缝表面圆滑、接头情况良好，焊缝无咬边、错口，使用100%超声波探伤和5%“X”射线对焊缝探伤。

总结

  高水头厚壁压力钢管的安装技术对水电站的工作有决定性影响，因此在高水头厚壁压力钢管运输、组对和焊接时要注意工艺和技术要点，提高运输的安全性、组对的精准性、焊接的质量，确保高水头厚壁压力钢管在完成焊接后能正常投入使用，发挥其良好的承压性和承重性。

参考文献：

[1]李英会.天湖水电站二期高水头压力钢管制安施工关键技术[J].陕西水利,2020,(03):213-215.

[2]崔永.厚壁、陡坡段压力钢管制作和安装技术探讨及分析[J].价值工程,2017,36(26):137-139.

[3]谭玉平，苏巴姑水电站高水头、小直径厚壁压力钢管制造安装技术研究.四川省，中国水利水电第七工程局有限公司，2011-04-14.

[4]胡宝玉.南山一级水电站高水头厚壁压力钢管安装技术[J].西北水电,2010,(01):42-45.