压力钢管制造工艺措施详解

引水系统和尾水系统压力钢管最大直径为5400mm、最小直径为2000mm，分别由直管、弯管、变径管及岔管组成。制造包括引水系统压力钢管（含进人孔）及其部件的制造、涂装、运输、无损检测，以及尾水系统压力钢管及其部件的制造、涂装。

压力钢管制造用钢板材质有3种：490MPa、600MPa和790MPa级调质钢。其中490MPa板厚有16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、32mm、34mm、36mm、40mm几种规格，共6747t；600MPa级调质钢板厚有28mm、30mm、32mm、34mm、40mm、44mm、46mm、48mm、50mm几种规格，共3929t；790MPa级调质钢板厚有30mm、34mm、36mm、38mm、40mm、42mm、44mm、46mm、48mm、50mm、52mm、54mm、56mm、58mm、60mm、62mm、66mm几种规格，共3552t。3种材质的钢管总制造安装量为14228t。

（1）钢管制造厂整体规划布置。

钢管制造临时设施布置在哈拉沁沟下水库营区河滩边上，有效使用面积约12000m2。钢管制造厂布置主要用于钢管制造及部分钢管的存放。钢管制造厂规模按承担的制造工程量、工期进度的需要设计平均月生产能力为620t，最大月生产能力为900t。钢管厂主要布置的建筑物有钢管除锈和涂装车间、钢管制造厂房，其中钢管制造厂房主要组成有钢管制造车间、拼装车间、焊接车间及库房。钢管厂的其他附属设施包括岔管组装场地、部分钢板和成品钢管堆放场等。另外为了保证冬季施工，单独配置有一座3t供热锅炉房。钢管厂区内负责运输的施工机械由主车间内的龙门式起重机和起重汽车，使用两种起重机械相互配合倒运原材料及成品钢管。

（2）钢管制造厂厂房内工位布置。

钢管制造主车间采用轻钢门式钢架结构厂房，跨度为24m，长度为141.68m，柱高16m。冬季主车间采用水暖锅炉取暖。主厂房上、下游各置一个大门，主要用于钢管（运输用卷扬机及台车）、钢板及其他材料、设备运输。主车间中部布置一个侧门，主要用于人员进出。主车间内其他主要设施组成如下：

画线、切割下料平台在数控切割机门架下敷设由钢带组成的拦污栅状的平台，共4个，每个平台尺寸为4m×18m，面积72m2。主要完成钢板编号、放样、画线及切割。

卷板机工作区布置场地尺寸为30m×20m，面积为600m2。其中卷板机型号为CDW11X-140mm×3000mm，外形尺寸为14m×7.2m。卷板机操作场地按照钢管多次卷制成型设计。其他场地主要用于存放待卷钢板、已卷钢板及瓦片存放。

钢管对圆及组装场地设计两个单节钢管组圆及筋板点焊平台，每个平台采用12个放射状混凝土基预埋钢板的形式，面积为120m2。

自动焊场地设两个滚焊台车（型号：φ3.5m/φ6m），面积为360m2（底部面积）。吊车使用20t龙门式起重机。

钢管大节组装场地在主厂房焊接区域，在该区域进行的钢管大节组装根据使用情况与焊接交叉使用，起吊设备采用20t龙门式起重机。

（3）压力钢管制造工艺。

1）备料加工工艺。备料加工工艺主要包括金属材料的储存、复检、除锈、矫正、放样、画线、号料、下料、坡口及边沿加工、卷制弯曲与成形等。

a.材料的储存、复检。压力钢管制造的材料包括：金属结构材料（主要指钢板），焊接材料（主要指焊条、实心焊丝、药芯焊丝及药剂等），辅助材料（主要指燃气、保护气体、脱脂清洗剂等）。根据钢管制造厂的设计月生产能力，确定钢管制造厂内钢板的储存量为900t/月。所有的原材料在入库之前提供内容齐全的质量证明书，各项理化性能符合相应的国家标准或行业标准的规定，再进行抽检，抽检合格之后入库。出库时注意材料的库存时间，是否符合相关规定，从而保证各种施工原材料的质量。

b.材料的预处理。金属结构材料的预处理主要指钢板的预处理，即钢板在使用前进行矫正和表面清理。钢板在吊装、运输和存放过程中往往会产生各种变形，如整体弯曲、局部弯曲、波浪形挠曲等，变形的钢板不能直接用于生产而必须加以矫正。对于钢板的整体弯曲采用卷板机进行矫正，局部弯曲采用加热矫正法矫正，加热温度不超过钢板的回火温度，加热后在空气中冷却或水冷却。钢板表面的氧化物、铁锈以及油污等会对焊缝的质量产生不利影响，焊前将其清除，清理方法是采用钢丝轮打磨。

c.放样、画线、号料、切割下料。钢板瓦片的切割下料是保证结构尺寸的重要工序，画线采用钢尺、地规、粉线、洋冲、手锤、角尺等工具直接在待加工的钢板上进行放样、画线。放样结束后在该钢板上做标记，等待切割。放样必须保证精度，尺寸公差符合标准规定，并考虑焊接的收缩量，合理利用材料。对于中碳调质钢，切割前采用切口的起始端预热100～150℃，以避免裂纹的产生，钢板下料采用数控切割机、半自动火焰切割机工厂下料。钢板下料示意图如图6.6.1所示。

图6.6.1　钢板下料示意图（单位：mm）

d.坡口及边缘加工。为使焊缝的厚度达到图样规定的尺寸或获得全焊透的焊接接头，接缝的边缘按厚度和焊接工艺方法加工成各种形式的坡口。主要的坡口形式为“V”形、不对称“X”形，“V”形坡口和不对称“X”形坡口在气割下料时采用双割据和三割据同时完成坡口的加工。坡口加工示意图如图6.6.2所示。

图6.6.2　坡口加工示意图

安装一台16m刨边机，用以保证坡口加工的质量，刨边机安装之前使用氧气-乙炔火焰切割机同时下料，下料完成后，采用角向磨光机打磨去除0.8mm淬硬层、过热组织，用于保证坡口的加工质量。坡口加工完毕立即涂刷无毒，且不影响焊接性能和焊接质量的坡口防锈涂料。在将厚度差大于4mm的钢板进行对接焊时，将较厚的钢板边部以1∶3的坡度机加工至较薄钢板的厚度。单面斜坡布置在管的外壁，以保持内径不变。

e.卷制弯曲与成形。组圆焊接前都要进行成形加工，成型加工工艺包括卷制、弯曲、冲压和旋压等。管壳成形质量在压力钢管道的制造工艺中至关重要，如果成形质量差，则往往要进行强行装配，对于高强钢可能会导致产生裂纹。由于采用了调质钢，故可以采用冷成形的方法，采用CDW11X-140mm×3000mm水平下调式三辊卷板机。该卷板机上辊上下可调，两个侧辊（下辊）可水平移动调整，操作简便，板坯始终在同一水平面上，进料安全。该卷板机的上辊可做升降运动，两下辊可单独或同时水平移动。每个下辊轮流执行下辊与侧辊的功能，即先后构成两种非对称式三辊卷板机，从薄板到厚板，从预弯端部到卷圆一次性完成整个工序。卷制过程中分多次成型，控制一次下压量过大。卷板后的瓦片立于平台上，用1.5m长样板检查其弧度，瓦片与样板间的极限间隙控制小于2mm。

为了保证钢板端头弯曲半径符合卷板尺寸要求，每张钢板在卷制前使用卷板机对钢板两端头进行预压，消除卷制产生的直边，之后进入卷板机卷制成型。所采用的卷板机，设计直边长度为130mm，在压力钢管卷制、压头过程中，在卷板机上放置一块引弧板，进行钢板压头，进一步保证压力钢管的制造质量。采用此种工艺，直边最小达到50mm。卷板工艺流程图如图6.6.3所示。

图6.6.3　卷板工艺流程图

600MPa和790MPa级高强钢由于其屈服强度较高，故冷成型需要的能量大，回弹也大。卷制过程中分多次成型，控制一次下压量，多次卷制成型，同时冷成型操作需要的时间较多，因此相比490MPa级钢管制造时间较长。

2）装配工艺。

a.单节管调圆的装配。单节管的调圆装配是批量生产，数量较多，在调圆区制作专门的调圆台架。调圆台架主要由8根或12根呈放射形状的工字钢组成，同时在纵缝相对处焊接两根带有螺旋调节器的固定门形柱，将单节瓦片立于台架之上，四周采用螺旋调节器顶紧固定，然后调节门形柱上的螺旋调节器进行纵缝错台的调整。对于单节锥形管，也采用此种方式，只是对门形柱稍微调整倾斜或把螺旋调节器调整即可。并利用此种方式进行纵缝焊接变形的校正。单节管调圆装配图如图6.6.4所示。

图6.6.4　单节管调圆装配图(www.xing528.com)

钢管对圆后技术要求为：纵缝处弧度的极限间隙小于4mm；直径D不大于5m时其管口平面度极限偏差为2mm，直径D大于5m时其管口平面度极限偏差为3mm；周长与设计周长差±3D/1000，且极限偏差±24mm；两瓦片间对缝错口小于10%δ（δ为钢板厚度），且不大于2mm；用“米”字形调圆架进行钢管椭圆度调整，保证其管口圆度（垂直两直径差）不大于3D/1000；纵缝焊接后，用500mm样板检查其弧度，与样板间隙不大于4mm。如果角变形超出上述规定，利用自制的纵缝矫形机矫形。

单节钢管的调圆，采用调圆架进行。

b.锥管装配。对于单件生产的变径管道（锥管）采用画线定位的装配方法，即安装配线来确定构件的相对位置，用工夹具来实现临时定位及对准，用直尺等作为测量工具，以定位焊或特殊的夹具加以固定。在钢管制造车间内的组装采用在组装台架立式组装法。

c.直管装配。对于批量生产的直管，由于数量较多，在制造厂内采用卧式组装，主要在专门的可令钢管转动的台架车上进行，采用此种装配方式减少了占用龙门起重机的台班时间。直管卧式安装示意图如图6.6.5所示。

大节组装的主要要求为：钢管在出厂前采用的直段长6m，弯管段由2～3个单节管组成。装配时的调整方法：错边调整采用旋转试调节器，间隙调整采用拉紧器，装配间隙控制在0～3mm之间；环缝钢板厚度：当钢板厚δ≤30mm时，极限偏差为15%且δ不大于3mm，当30mm＜δ≤60mm时，极限偏差为10%δ。直管段环缝采用埋弧自动焊焊接，在滚焊台车上自动进行。当装配间隙大于1mm时采用手工电弧焊打底，打底在焊缝背面进行，打底层厚度为4～8mm。锥管环缝焊接采用手工焊。

双瓦片钢管的调圆在调圆对装平台上进行，钢管在出厂前采用2个长度为6m的单节管。直管装配在可令钢管转动的平台上卧式组装。

图6.6.5　直管卧式安装示意图

1—钢管；2—台车；3—轨道；4—环梁；5—千斤顶

d.弯管装配。对于单件生产的弯管部分，由于结构形式有特殊性，采用在钢板平台上放地样整体预组装，以保证工地安装的质量，预组装完毕需做标记或者安装专用定位卡具，以作为工地正式安装的参考依据，从而确保工地安装的质量。弯管预装程序如下：

弯管整体预组装首先根据弯管整体放样需要搭设足够面积的平台，平台平整度在2mm以内，同时在平台上初放大样，标出每节弯管的位置。

将首节管直接对照平台大样安放于平台之上。主要控制管口两端各中心点位置和两管口垂直度，中心偏差在5mm以内，垂直度控制在±3mm以内，合格后吊装第二节，并临时固定，做出对装标记。

通过调整对装间隙保证第二节管口的中心位置和管口的垂直度，合格后吊第三节。用同样的方法完成其他管节的装配。

完成上述步骤后进行整体尺寸的测量与调整，按照图6.6.6测量与调整X1、X2、L1、L2和两端管口的几何中心与垂直度（在计算X1、X2、L1、L2时将焊接收缩量考虑在内，一般每条焊缝考虑2mm）。

图6.6.6　弯管整体尺寸的测量与调整

整体预组装合格后，进行安装单元内各管节的定位焊，然后分安装单元独立手工焊接。

e.附件制安装配。加劲环、止水环和止推环采用数控火焰切割机和半自动火焰切割机。加劲环、止水环和止推环的对接焊缝与钢管纵缝错开200mm以上，与钢管管壁间的组合焊缝为双面连续焊缝。加劲环、止水环和止推环的内圈弧度偏差控制符合表6.6.1的规定，与钢管外壁的局部间隙不大于3mm。

表6.6.1　加劲环、止水环和止推环的内圈弧度偏差

直管段的各加劲环组装的极限偏差控制符合表6.6.2的规定。

表6.6.2　加劲环组装的极限偏差

按施工图纸的规定，在加劲环接近管壁处开设串通孔，制造、安装管壁排水结构。上平段钢管灌浆孔补强板下料、装配及焊接严格按照施工图施工。

钢管外排水管制造在弯管段的排水管随弯管预装提前制作并安装在各自的管段上，并在工地焊缝处断开200mm，待工地安装时采用开口焊法进行焊接连接。

3）焊接工艺措施。钢管环缝焊接采用6m×8m的悬臂式埋弧焊机和埋弧自动焊机进行，埋弧自动焊机进行环缝焊接时借助焊接平台进行操作，钢管焊接工序为：焊前准备→预热→钢管的制作焊接→焊接检验。

4）防腐施工措施。在钢管制造厂布置专门的防腐车间，并设专用的化工库储存防腐材料。

a.材料及设备选用。采购的涂料的包装完好无损，且具有制造厂的标牌、配方、颜色、出厂日期、质保期和质保证明及批号等。除锈用铁矿砂或铁砂，其粒度符合要求，对含水量不符合要求的，在烘干后使用。施工设备主要为9m3/min的空压机、喷涂机和现场的喷涂台车等。

b.表面处理。钢管制造除锈前把钢管表面的焊渣、毛刺、油脂等污物清除干净。安装焊缝不但满足上述要求，而且灌浆必须结束，灌浆孔已封焊完毕，除锈后表面粗糙度控制在60～100μm之间。对钢材表面温度低于露点3℃，相对湿度大于85%的，则在防腐车间内采取升温和除湿措施，当温度和湿度符合要求后进行除锈喷涂等防腐处理。喷刷后的外表面不得与人手等物接触，以防再度污染。工地补漆利用焊接台车进行，按台车运行方式退步逐条焊缝进行除锈补漆，涂层无流挂、皱纹、针孔、裂纹、鼓泡等现象，对表面用真空吸尘器清除灰尘及残留砂粒等杂物。

c.涂装施工。涂装前利用钢管边角料，按涂装工艺措施进行3块1m2的除锈及喷涂试验，试验合格后正式用于生产。组焊后的管节及附件，除安装焊缝外，均在钢管制造厂内完成，现场安装焊缝及安装过程中局部损坏的油漆在安装完成后补涂或修补，管内壁采用超厚浆的自养护环氧沥青防锈漆，其配方、层数、厚度、间隔时间、调配方法等均按生产厂的产品说明书进行操作。钢管外壁涂刷无尘水泥浆。除锈并清除杂物的钢管表面立即进行喷涂，并且在4h内喷涂完成。安装焊缝200mm范围内用宽带透明胶带粘贴，主要用来进行防锈和防止喷漆时将漆喷入坡口内影响焊缝质量。

5）钢管制作厂内吊装运输方案。钢管制造厂钢管制造主车间配置两台20t龙门式起重机，主要进行主车间内钢管制作各工序间的垂直吊装和水平运输及钢管翻身。制作的成品钢管利用布置在主厂房端部的运输台车和卷扬机配合运输到主车间外。主车间外配置一辆65t汽车起重机和一辆8t汽车吊车，完成成品钢管的除锈、防腐和装卸车及主车间外所有的板材、焊接材料垂直和水平运输、吊装。