1、简述亭子口水利枢纽工程伸缩节制造技术摘要：本文简述了亭子口水利枢纽工程压力钢管波纹管式伸缩节的结构型式、结构特点及制造难点，重点介绍了其制造工艺流程和组装、焊接等制作技术及质量控制。 关键词：波纹管；结构型式；制造工艺流程；质量控制；伸缩节 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 1 概述 嘉陵江亭子口水利枢纽为坝后式厂房，装机 4 台，单机容量 27.5 万kW，总装机容量 110 万 kW。采用一管一机引水方式，4 条引水管道平行布置。引水管道为坝后背管形式，由上弯段、斜直段、下弯段、下平段钢管和伸缩节组成，之后接入蜗壳进口端。压力钢管在厂、坝分缝处布置了伸缩节检修室，伸缩
2、节室上游端墙桩号 X0+95.680，下游端墙桩号为X0+100.680。伸缩节室长 5m，宽 12.50m，高 13.20m，伸缩节长 2.0m，伸缩节过流内径 8.70m，轴线中心高程 366.600m，伸缩节前后连接管段材质均为 Q345R 钢板，厚度均为 36mm。 2 结构特点 亭子口水利枢纽压力钢管伸缩节主要由端接管、中间接管、抬高接管、环板、波纹管、铠装环、导流筒、外护套等组成，如图 1 所示。伸缩节结构型式为波纹形伸缩节，过流内经 8700mm，长度 2000mm，最大外形尺寸 9500mmx9500mmx2000mm。波纹管式伸缩节满足强度、刚度、稳定性、变形疲劳寿命及不泄漏
3、等设计条件；伸缩节的制作满足伸缩节安装、巡视、检修等方面的要求；伸缩节吊装单元重量为 33.465 吨，便于缆机的吊装就位。 3 伸缩节主要技术参数 3.1 荷载和伸缩节两端相对位移 内水压力：1.2MPa 顺水流向最大相对位移：50mm 顺水流向循环相对位移：40mm 坝轴向最大相对位移： 6mm 坝轴向循环相对位移： 4mm 径向最大相对位移： 6mm 径向循环相对位移： 4mm 循环次数： 1000 3.2 温度条件水温变幅： 22C 气温变幅： 30C 3.3 压力脉动频率及伸缩节内水流流速 机组转频： 1.67 Hz； 单机引用流量 428.87m3/s，相应流速为 7.22m/s。
4、 3.4 主要外形尺寸及安装运行条件 （1）尺寸大：伸缩节的内径为 8.7 m，单台重量 33.465 t，为水电站大型伸缩节，波纹管采用液压整体成形方法成形，厂家运输到现场难度大。 （2）质量控制精度高： 1) 卷板后瓦片弧度偏差采用弦长 2m 的样板进行检查，样板与瓦片的间隙不超过 2.0mm。 2) 钢管组圆后，其管口不平度允许偏差3mm。 3) 伸缩节的内、外套管和波纹管焊接后的弧度，用弦长 2.2m 样板检查，其间隙在纵缝处不大于 2mm；其它部位不大于 lmm。在套管的全长范围内，至少检查上、中、下三个断面。 4) 内、外套管和波纹管的实际直径与设计直径的偏差不超过2.5mm，直径
5、的测量不少于四对。 5) 伸缩节的内、外套管间的最大和最小间隙与平均间隙的差不大于平均间隙的 10%。伸缩行程与设计行程的偏差不超过4mm。 6) 伸缩节与压力钢管相邻管节周长差8mm，直径差4mm。 （3）焊接工程量大，焊接变形控制困难：整体结构复杂、部件多、板厚差异大、坡口型式多、焊缝集中、环形部件配合尺寸要求高，焊接填充量大，1 套伸缩节焊接熔敷金属重量约 1200 公斤，焊接变形的控制难度极大，焊接变形的控制是整个制造和组装的主要难点。 （4）伸缩节厂内整体水压试验，试验压力为 1.8 MPa， ，保压 10min,对波纹管及焊缝质量要求高。 图 1 波纹管式伸缩节结构图 1.端接管
6、2.中间接管 3.抬高接管 14.抬高接管 25.环板 16.环板 27.波纹管 8. 铠装环 9.导流筒 10. 外护套 11. 吊耳 12. 运输、安装固定组件 13. 铭牌 14. 肋板 5 伸缩节制造工艺 5.1 组装工艺流程由于伸缩节主要由接管与波纹管组成，波纹管部分（抬高接管与波纹管组装为一个整体，铠装环组装为一个整体，然后分别错开纵缝）分三瓣从南京晨光东螺波纹管有限公司运至水电七局亭子口金属结构制造厂内组装焊接。以水流朝下方式进行组圆，伸缩节组装顺序：下端接管与波纹管（抬高接管 1、波纹管的组合体）组装中间接管组装上端接管与波纹管（抬高接管 2、波纹管的组合体）组装铠装环组装（上
7、、下两件）打压装置组装与拆卸导流筒组装环板组装（上、下各两件）肋板组装外护套组装（上、下两件）运输、安装固定组件组装。伸缩节组装工艺制定时主要考虑整体组装的顺利进行和最终的装配质量，在外护套组装前充分考虑打压装置的装配和割除以及打压时的外观检验，打压合格后方可进行下一步工序的进行。伸缩节组装主要是各管节的套装，对单个管节的周长和圆度控制及其关键，尺寸的偏差直接影响下道工序的顺利进行。 5.2 主要制造工艺 5.2.1 瓦片的下料和坡口加工伸缩节各部件的下料均采用数控切割机或半自动切割机，端接管、导流筒、外护套各瓦片宽度小，分别为 200mm、355mm、260mm。瓦片下料切割受热后极易产生侧
8、弯及扭曲变形，在卷制过程中，瓦片与卷板机上下辊之间接触面积小，难以对正，卷制时容易产生扭曲变形，为保证成形后的尺寸精度，采取在同一块钢板上对同一类型的瓦片进行统一下料的工艺，切割时根据板长、板厚等预留 810 个长为 80100mm 切割连接点，下料完成后预留点暂不割开，待瓦片整体卷制检验合格后，割开、修磨预留的连接点。下料时用样冲和油漆做好水流方向、中心线、瓦片编号等标识。 钢板下料允许偏差 5.2.2 瓦片的机加工 伸缩节进口端接管（宽 200mm）和中间接管（宽 800mm）设计有10*25mm 的凹槽，下料时采用在同一张钢板上中间留点的方式切割端接管和中间接管，便于刨边机的固定及凹槽的
9、加工。刨制的凹槽严格控制几何尺寸，保证导流筒装配后与接管内壁在同一个平面。 5.2.3 瓦块的制作与检测伸缩节瓦片卷制采用 W11S120-3500 水平下调式程控三辊卷板机进行卷板，由于宽度较小，卷制时易出现扭曲，因此卷制前将 24 张瓦片并排牢固地点焊在一起，以增加总宽度，卷制时采用弦长 2m 弧度样板检查弧度，样板与瓦片的间隙不超过 2.0mm；卷制后将瓦片放在卷制平台上，在自由状态下检查，如瓦片弧度不够或扭曲，进行修弧处理直至合格。 波纹管瓦片采用液压机整体压制成型后与抬高接管装焊后切割成 3片运至亭子口金属结构制造厂内进行装配。便于分瓣运输且满足规范要求，在抬高接管与波纹管采用 80
10、0mm 的短瓦片组装现场装焊的方式错开纵缝。波纹管波高、波距、波纹长度的标准公差等级满足极限与配合基础标准公差和基本数值表 （GB/T 1800.3-1998）表 1 中 IT18 级，其偏差为IT18/2。波纹管波峰、波谷曲率半径的极限偏差应为15%的波纹名义曲率半径，波峰、波谷与波侧壁间应圆滑过渡。波纹管两端面对波纹管轴线的垂直度公差应不大于 3mm。 铠装环采用 36 的圆钢、铠环 10*120、筋板 10*80 组装而成。圆钢和铠环采用采用多件并排点焊后在卷板机上卷制成型，筋板采用数控切割机直接切割成型。 5.2.4 管节装配 将制作完成的瓦片按设计要求分别组装焊接成管节，组装完成的管
11、节完成纵缝焊接工序。端接管瓦片和中间接管瓦片干工艺图纸分别组装成管节，抬高接管和波纹管按工艺图纸组装成管节。对各个管节分别进行检验，周长、圆度、平面度、垂直度等几何尺寸质量指标达到设计要求，满足伸缩节总体装配条件。 在对圆平台上把波纹管管节套装在端接管上点焊牢固，按设计要求调整好波纹管高度后用 8 块筋板在内管壁上分别电焊牢固，防止在装配上部管节时波纹管受重力影响往下压缩。把中间接管套装在对装完成后的下波纹管上，检查合格后点焊牢固。最后把组装完成后的上端接管和波纹管套装在中间接管上，调整总体装配的垂直度 、平面度以满足设计要求并点焊牢固。 伸缩节总体装配完成并验收合格后进入焊接工序。 伸缩节除
12、波纹管材质为不锈钢外，其余材质全部为 Q345，焊条均选用大西洋 CHE507 焊条。在装配时留出焊接收缩余量，焊接前进行定位焊接，整体加固后焊接。焊层厚度为 46mm，长度 100mm，间距 400mm，为减少焊接收缩，每条焊缝内外侧的厚度方向各焊接一块拉板。5.2.5 焊接伸缩节焊接工程量大，焊接变形的控制难度大。伸缩节组装完成的焊接主要是环缝的焊接，平焊采用 CO2 气体保护焊，仰焊采用手工电弧焊接，焊接设备选直流电焊机，焊缝返修采用手工电弧焊接，波纹管（不锈钢）的焊接采用氩弧焊接。为严格控制焊接变形，整个环缝采取内外对称、上下对称、分段倒退、多层多道焊接方法，分段长度 400600mm
13、。管节的纵缝焊接顺序根据管节焊接前的弧度实际情况进行现场调整，焊接过程中用样板检查管节的弧度和根据焊接变形情况调整焊接顺序、焊层厚度、焊接电流。在焊缝较集中，焊角较大及较难控制的焊缝部分，调整焊接顺序，先焊环缝、后焊纵缝。为防止焊接、运输、吊装过程中引起的变形，在抬高接管与波纹管之间装焊运输、安装固定组件。正式焊接时 8 名焊工同时施焊，焊接时严格按预先制定的焊接工艺和等分位置来控制焊接变形，实践证明严格执行工艺使管节的变形得到了很好的控制。5.2.6 铠装环的组装 每套铠装环 36 圆钢、铠环 10*120、筋板 10*80 分 3 瓣按设计要求组装焊接，用 8 台 16T 压机顶开波纹管（
14、间隙控制在 38mm） ，铠装环分片安装的方式安装在波纹管的外壁上，卸掉压机完成安装。纵缝处采用800mm 长铠环错开纵缝进行焊接。 5.2.6 打压装置的组装及拆除伸缩节打压装置是对波纹管段进行水压试验，在波纹管段采用内衬密封的方式进行打压。内衬的外壁直径小于伸缩节内壁直径 20mm，纵向长度大于波纹管长度 200mm,。把制作成管节的内衬吊装进伸缩节波纹管段，调整好上下、直径距离，再在打压装置上下口采用 16 的圆钢封堵焊接牢固。最后把压力表、打压接头装在预留的孔洞上，即完成安装。 、 在打压完成后，采取碳弧气刨焊先刨掉圆钢，再取出打压装置，最后把伸缩节内壁打磨平整。 5.2.7 水压试验
15、 （1）试压时水温在 5以上。 （2）0.5 MPa 耐压强度试验：先利用专用注水、排气接头用试压泵向伸缩节密封的内衬和波纹管之间打压注水，当水压达到 0.5MPa，关闭注水阀，开始计时，保压 10min，用 5 倍放大镜，对波壳体表面及其纵缝、环焊缝进行全面仔细的目视循环检查，滴水不漏，无任何水渍和湿痕。 （3）1.8 MPa 保压试验：在 0.5 MPa 强度试验的基础上，打开注水阀，将试水压力从 0.5MPa 上升到 1.8MPa，然后关闭注水阀，进行保压。时间为 20 min，保压过程中，利用 5 倍放大镜，全过程对波壳体表面及波壳体纵缝、环缝进行全面目视检查，滴水不漏，无任何水渍和湿
16、痕。 5.2.8 导流筒装焊 导流筒在水压试验完成并拆除打压装置后进行安装，导流筒采用单张瓦片分别装配在接管的凹槽内。装配完成的导流筒用 8 块 20*1000mm的筋板在纵向处与接管加固，保证导流筒凹槽焊接完成后其过流面在同一个平面。最后刨掉筋板，打磨平整。 5.2.9 其它部件组装 环板、外护套、吊耳、运输和安装固定组件的安装设计图纸要求进行安装，安装完成后，对外观及几何尺寸进行检查，一满足设计要求。 5.2.10 防腐 （1）伸缩节除采用不锈钢材料的结构外，其它部分应进行涂装。 （2）表面预处理 1）表面涂装前，必须进行表面预处理。在预处理前，钢材表面的焊渣、毛刺、油脂等污物应清除干净；
17、 2）表面应采用喷砂除锈，除锈等级应达到 GB8923 规定的 Sa2 .5 级；3）预处理后，表面粗糙度应达到 Ry3060。 （3）涂装型式 1）管内壁涂装抗冲耐磨环氧涂料，干膜厚度为 8001000。 2）伸缩节进出水口两端口各 200mm 范围内，在表面预处理后，涂刷干膜厚度 30m 的双组分无机富锌底漆。 3）施涂后的钢管小心存放，保护涂层免受损伤；并防止高温，灼热及不利气候条件的有害影响。 6 结束语 亭子口水利枢纽压力钢管伸缩节制造过程中对制造工艺、焊接工艺、焊接人员资质、施工过程等进行了严格质量控制，所有探伤检查焊缝一次合格率均为 100。伸缩节水压试验顺利通过 1.8 MPa 耐压强度试验，承压强度、稳定性、密封性及波纹管水压强度密封性符合设计规范要求。参考文献： DL/T5017-2007.压力钢管制造安装及验收规范
