大型洞内压力钢管自动化工艺研究报告.docx

精品学习资源大型洞内压力钢管自动化工艺讨论摘要： 在水电站安装工程中，压力钢管的设计制造安装始终是工程掌握的关键环节之一，本文着重于钢管洞内施工的现代机械自动化工艺讨论，为水电站的规划设计和施工设计的优化供应技术支持 ；关键词： 水电站 压力钢管 自动化 工艺相关站中站： 施工设计一. 前言继十三陵、二滩等国内已建工程和三峡、龙滩在建的重大水电工 程之后，大型电站输水压力钢管和钢衬 <以下简称钢管）的结构等变化特别明显，第一：尺寸庞大，长江三峡大坝的管钢直径为12.4m，乌江彭水水电站管钢最大直径为 14m，超过了国内外已有的大型压力钢管尺寸；其次：管壁钢板强度等级高， 500MPa 级应用广泛， 600MPa 级调质钢得到了较大范畴的推广；第三：工程数量大而建设工期短，制造安装生产强度高；为了适应这样的形势变化，钢管制造安装技术在传统的技术基础上得到了大的进展，自动焊接技术在压力钢管制造中得到了较为广泛的运用，大型专用施工设备在坝内钢管安装中发挥了重要的作用，相对而言，由于施工空间的限制，大型钢管在洞内埋管方面受到限制，通常的运输吊装设欢迎下载精品学习资源备不能发挥作用，特殊对于地处高山峡谷地带的大型水电工程，钢 管在工地运输和安装时存在较大困难，目前的施工方法仍过多地依 赖于传统的土法运输和手工焊接，这些问题将导致施工工期较长并 可能在支洞开挖等方面多花费数以百万计的费用；因此，针对近期 即将大规模开发建设的水电站 <如瀑布沟、溪洛渡、向家坝、锦屏等）大型洞内钢管工程的共同特点，结合现代工程的先进技术，研 究与之相适应的洞内钢管制造安装工艺是特别必要的；二. 国内外相关行业进展状态为提高生产效率，降低工人劳动强度，国外焊接生产机械化、自 动化已达到很高的程度；工业发达国家焊接机械化、自动化程度已 达到熔敷金属量的 65%以上；气体爱护焊作为高效优质节能节材的焊接方法在国外已得到广泛应用，日本在 1998 年已达到熔敷金属量的 77.6%；国外大型造船厂开头应用的门架式钢板纵缝拼焊机技术，采纳多丝高速埋弧焊工艺，配真空吸盘平台或电磁平台，其最大焊接行程达 12m，一次行程可焊板厚最大为 40mm；一些高效优质的焊接方法如电子束焊、激光焊、等离子焊、焊接机器人工作站、焊接柔性生产系统、窄间隙焊接技术、双丝高效气体爱护焊技术等在国内已经得到运用，但我国焊接自动化率为熔敷金属量的约30%-50%，应用的广度和水平与工业发达国家相比尚有肯定的差距；目前 , 国际上技 术先进的 重型焊接 滚轮架最大的承 载重量达欢迎下载精品学习资源1600T，自动防窜滚轮架的最大承载重量达 800T，采纳 PLC 和高精度位移传感器掌握，防窜精度为 ±0.5mm；变位机的最大的承载重量达 400T，转矩可达 450KNm ；框架式焊接翻转机和头尾架翻转机的最大承载重量达 160T；焊接回转平台的最大承载重量达 500 T；立柱横梁操作机和门架式的操作机的最大行程达 12m；龙门架操作机的最大规格为 8m×8m；我国已能生产 6m×6m 以上大型立柱 — 横梁埋弧焊或窄间隙埋弧焊操作机， 500T 重型滚轮架及重型、轻型自动防窜滚轮架，防窜精度为 ±1.5mm， 100T 大型变位机和大、中型翻转机等；批量生产 H 型钢和箱形梁焊接生产线以及各种类型的按用户需要定制的专用成套焊接设备，并大量采纳沟通电机变频调整技术， PLC 掌握技术和伺服驱动及数控系统，焊接装备的自动化程度有了很大的提高，某些操作机仍配备了焊缝自动跟踪系统和工业电视监控系统；近年来，在厚壁管道生产中，窄间隙 MAG 焊、窄间隙热丝 TIG 焊等工艺的应用范畴日趋扩大，因此为窄间隙设备进展供应了有利的条件；从 600MW 锅炉开头采纳了 8000 吨油压机压制汽包筒体瓦瓣片和窄间隙埋弧自动焊工艺焊接筒体纵缝，实现了厚壁长筒节 <单节最大长度 7000mm，最大厚度 250mm）压制工艺自动化和焊接工艺高效率化；新型燃气加热器和电加热设备得到广泛的应用，例如，红外燃气加热器，引射式液化气加热器等比传统的燃气加热器提高热效率 30%以上，而且更加安全和便利；自动掌握技术在制造业中的广泛应用正在完全转变传统制造业的面貌，其中焊接生产过程的全自动化已成为一种迫切的需求，它不欢迎下载精品学习资源仅可大大提高焊接生产率，更重要的是可确保焊接质量，改善操作环境；随着整个制造业水平的提高，企业的经营理念发生了很大的变化，高产量已让位于高质量、劳动密集型已逐步被学问密集型所取代；大量采纳自动化焊接专机，生产线和柔性制造系统已成为一种不行阻挡的趋势，这同样也是水电金属结构专业进展的大方向；三. 大型钢管结构及现有工艺分析大型洞内钢管的结构型式由设计依据发电枢纽结构要求及岩土力学条件，结合施工要求确定，一般为单管单机布置，基本的结构有四种：一、水平管，包括水平或接近水平的直管、锥管 < 渐变段），二、弯管，分上弯管和下弯管；三、斜井直管；四、竖井直管；实际钢管结构多为水平管与其它结构的组合，形成“∟”型、单梯度或多梯度型式布置，也有完全以水平管布置的；不难懂得， 对于施工而言采纳水平管是最有利的，电站输水隧洞工程的优化方案多采纳此种结构，而多梯度型式的施工较为困难；隧洞结构要求每个钢管的内径是渐变的，但主要部分的公称尺寸相同且变化幅度不大，说明每个工程的钢管结构的单一性，其直径相对最大有约30％的变化，事实上每个大型钢管工程都是由数百以至上千个结构尺寸相近的瓦片组成；在现有工艺方面，以龙滩为例，典型的大型洞内钢管的整个制造 安装工艺流程是：①材料选购；②钢材运输；③钢管下料；④坡口 加工；⑤卷板： 1/3<或 1/４圆弧）；⑥钢管组圆；⑦纵缝焊接；⑧欢迎下载精品学习资源矫形；⑨加劲环安装焊接；⑩内支撑安装； 11 焊接检验； 12 厂内防腐； 13 出厂验收； 14 凹心台车大路立运 <钢管轴线与汽车轴线平行，高度大于宽度，故名）运输； 15 交通支洞运输 <台车平运）； 16 主洞运输 <台车立运）； 17 安装就位； 18 安装环缝焊接； 19 安装检验； 20 钢管砼回填后安装防腐；其中，① ~②由业主方直接负责，③ ~12 由制造承包方在现场钢管厂完成， 14~20 由安装承包商实施；部分工程 <例如三峡、天生桥等）在现场钢管厂内进行管节大组和环缝焊接；依据钢管的施工时间次序和工作状况可以整个制造安装过程分为五个方面： <1）材料选购供应， <2）运输， <3）制造， <4）安装，<5）防腐，以下分别进行针对性的工艺分析；<1）材料选购供应通常在正式的施工设计图具备后，即具备选购条件；钢板的长度和宽度尺寸应当由制造安装工艺确定；可以运算，钢管焊缝总长度为管壁的纵缝环缝与加劲环环缝之和，即Ｆ＝ m L+ π D L／ B +2πDn 〔1>m 为钢管制造分瓦片数量， L 为钢管长度， D 为钢管直径， B 为钢管板宽，n 为钢管加劲环数量大型钢管的瓦片数量为 2 个到 5 个，钢板的长度尺寸为 1/3 或 1/4周长，这对材料运输和保证卷板速度更为有利；当钢管直径长度加欢迎下载精品学习资源劲环等结构尺寸确定后，焊接工作量的大小与板宽成正比；以往， 我国工业基础较差，钢板轧制、卷板等配套设备才能不足，大多采 用了 2m 左右宽度的钢板；现在，不仅我国水电、石化、冶金等行业均有现代化的数控卷板机，宽度均按 3-4m 宽度设计，而且市场上可以选购到国内外生产的 3m 以上板宽钢管用材；在设备条件许可时，钢管板宽增加自然地势成了施工效率同比例的增长，如以2m 板宽为基准，板宽每增加 10%，每条钢管的环缝数量可以相应削减约 10%，削减比率ＱＱ＝ 可以节约的实际焊缝数量ＷＷ＝ L×π D ×现有的情形是：我们在选购钢板时可能少花费 10%的费用，却增加了 30%的制造安装成本及 50%的施工时间；这是目前的一个盲点，站在社会经济宏观价值角度考虑，我们可以制定相应的行业技术标准，从一个方面提高我国节能降耗水平；可以认为，钢管宽度的确定只是受到了钢铁厂生产才能和陆路运输的限制 <例如汽车、火车），综合分析，对于大多数钢管工程 m 板宽是一个适合的宽度挑选范畴；<2）钢管制造最常用的制作程序是：划线、切割、刨边、卷板、对圆、纵缝焊接、纵缝矫正、探伤、调圆、装加劲环、焊加组环、除锈、涂装、欢迎下载精品学习资源大节组装、环缝焊接、出厂检验；钢管厂规划方式的不同形成不同的生产工艺，主要有两种，一种是钢管全部在现场加工的模式，另一种为全部瓦片在水工厂卷制的模式；龚嘴、隔河岩等水电站的实践证明，将划线到卷板的程序放在工厂完成，是一种很有特点的做法，特殊是在现有技术和市场条件下更据优势，缘由在于：一、瓦片制作工艺简洁，质量易于保 证，为提高钢管的拼装质量和自动焊接工艺供应有利条件；二、在工厂易于实现规模化生产，大型的卷板机、数控切割机和刨边机等设备利用率可以大大增加，工效高成本低，一台大型的数控卷板机年产量可以达到 20000 吨左右，而目前一般只有 20%的利用率；三、氧气乙炔等主要消耗性材料可就近选购；四、临建工程量投入削减，施工人员削减，工程建设期征地相应削减；有利于钢管生产的节能降耗和施工环保，对全部在高山峡谷地区电站的施工规划有重要的借鉴意义；钢管的对圆传统上采纳了平组 <管口向上）的方式，其投入小，可同时多位焊接、矫形、安装加劲环内支撑简洁等，其适应尺寸范畴大，应用特别普遍；但我们也不应忽视实现钢管立组 <轴线水平） 后可能带来的优点，管壁的纵缝和环缝均为平焊，在立组状态下可简洁地实现更高效的自动焊接，钢管在对圆中逐步用纵向操作的全自动焊机完成纵缝焊接以及矫正，并完成加劲环的安装和焊接，可以在钢管制造阶段形成机械化，全部的纵缝和环缝实现自动化焊 接，可以有效地减小翻身等吊装工作；它的另一个优点是占地面积欢迎下载精品学习资源小，以直径 10m 的钢管为例，立组时每个平台的面积为 120m2，而平组只需要 50m2，即使在隧洞狭小的作业空间内也能够便利地组装钢管，这为大型洞内钢管工艺改进供应了必要的条件；当然，实现钢管立组的关键在于设计制造一种大型专业的立式回转平台，要求其结构稳固，操作便利，形状尺寸紧凑，具有旋转驱动机构，设备自身运输安装拆卸便利，配备专用的活动内支撑、装夹工具和多台自动焊接设备后，具备完成钢管对圆、纵缝焊接、纵缝矫正、探 伤、调圆、安装加劲环焊接的工作条件；无论如何，高效的自动焊接设备是优先的挑选，因大多数钢管的 壁厚设计在 20-50 mm 之间，将多丝高速埋弧焊工艺应用到水电站钢管的焊接中是特别必要的，这与水电金属结构业目前流行的全自动氩弧焊工艺比较在效率和成本上存在较大的优势，而加劲环的焊 接采纳 CO2 气体爱护自动焊就是既高效又经济的工艺；<3）钢管运输运输工作包括材料运输、管节大路运输和洞内运输，运输工具为 汽车、火车或轮船，其中汽车运输是必不行少的，材料运输可以使 用通用的运输工具完成，国内水电工程较多地采纳了火车和汽车运 输方式，部分水运条件较好的采纳轮船远程运输后，汽车或火车倒 运到现场，管节运输除个别工程外，都采纳特制汽车拖车运输；运 输的最终阶段是由平板台车完成的 <垂直管例外），平板台车由卷扬机进行牵引；欢迎下载精品学习资源实际上，钢管在现场的运输是工程规划和施工的一个关键点；绝大部分水电工程施工道路。