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摘要：压力钢管的焊接采用垫板可减少焊接工作量，但弯管段不宜设垫板。使用履式卡具可使装配速度快、质量好、装配应力均匀、便于反复调整，是值得推荐的方法。钢管内壁涂漆由于面漆容易在安装过程中被损坏，尤其是钢管底部，所以在制作场可将底部区域只涂底漆保护，面漆留在安装后期涂装。
关键词：压力钢管焊接预热；装配；防腐涂装
1、压力钢管安装的关键工序：焊接
（1）焊接预热
压力钢管的安装焊缝的焊接往往需要预热进行焊接。焊接是否需要进行预热，应根据钢材的材质、板厚、结构刚度、装配应力、接头类型、焊接方法、焊接材料种类、施工环境条件及施工管理水平等作综合考虑，这是一个比较复杂的问题，绝非翻阅一、两个规范就能确定的。预热与否及预热温度的确定，应按现场所做的焊接工艺评定来确定。如果合同文件其规定得无回旋余地，那么一旦出现了问题，则必然引起争端。国内曾有过A537C1.1（HT50级）钢、厚度22～24mm的压力钢管因未预热而出现冷裂纹的实例。经试验、分析断定，主要是因为隧洞内湿度大（最高RH为100%）而引起的。后来虽经火焰去湿，但当装配应力较大及湿度过高时，仍有裂纹产生，直至设置固定式加热器才杜绝了裂纹的产生。实际上，诸多的预热规范各有不同。例如（1）美国焊接研究学会推荐，气温>10℃时，厚度≤25.4mm的钢不预热。（2）日本压力钢管规范：厚度<25mm时，预热到去湿程度。（3）ASMEⅧ附录D：推荐最低温度为10℃（对于所有厚度）。（4）DL5017—93：厚度≤30mm不预热（尚有例外的环境条件，但未提及湿度）。
预热温度的选择也是要根据现场的实际情况而定。不同的部位不同的环境预热的温度也不同。例如钢的供货厂商日本NKK公司推荐其隧洞内安装的预热温度为100℃以上，但其也不能明确预热的温度。主要是是考虑到湿度、装配应力及管理水平等不确定的状况所作出的选择。其中管理水平对预热选择有较大的影响，譬如移动式火焰预热法，如果管理者及操作者技术水平不高，责任心又不强，则很难实现均匀预热；另一方面，应保证几名焊工同步焊一条缝，这样，除能防止不均匀收缩变形引起的钢管偏移外，尚利于保证层间温度。
（2）焊接垫板
垫板的优点
1.减少隧洞与钢管外壁的焊接工作量。例如融水县荣地电站压力钢管外壁距隧洞壁的设计尺寸仅为600 mm，最小处只有约200mm。只在钢管内作业，才能确保施工。
2.钢管内通风条件好，便于设备、材料的搬运、确保安全施工。
3.省去气刨及刨槽打磨工序。
应用垫板的注意事项
（a）垫板应沿焊缝全长连续设置，垫板间的接头应为全焊透接头。分成两个半圆的垫板不能满足这个条件，这是因为出于装配的需要，每块垫板须小于180°，这样，装配后的两垫板间隙一般20mm左右，这种几何不连续性可能诱发横向裂纹。
（b）不适合于TH80级以上的高强钢。某工程曾做过A517GrF（HT80级）和A537C1.1钢相焊的工艺评定，其冷弯试验在40°时即开裂。其次，强度高的钢对缺口敏感，而垫板接头则形成“变截面”和构成缺口。
（c）不适合于厚板。因V型坡口焊接填充量比X型坡口大，且收缩应力较大；另一方面，一旦根部产生缺陷，则返修量大。
（d）垫板与管壳外壁间隙应尽量小。当其大于3mm时，容易产生缺陷，在装配与焊接时务必注意。
（e）管外设计空间大小应与x射线探伤统一考虑。日本是采用自动装x胶片的小车，或以自动记录式超声波探伤取代x射线。
（f）异形管坡口
对于弯管、锥管及岔管等异形管的坡口设计与加工，应注意“坡口角度与坡口面角度的区别。譬如弯管，两坡口面角度之和大于或小于其所形成的坡口角度。
2、装配
压力钢管安装装配大致有以下方法。
（1）传统的装配方法。系借助于拉板、Г型板调整对口（见图1）。这种方法较简便，又能预防变形，但焊接、拆除这些附件较麻烦。
（2）履式卡具。这是日本应用于压力钢管及其他焊接结构（例球罐）的通用卡具。使用方法是预先将键在车间焊好，装配时，将履套在键上，插上销，再用楔调整间隙和错边。调整合格后，可将销、楔点焊，以防滑落。然后进行定位焊。待正式焊接至两层之后，再拆除卡具。该方法的优点是装配速度快，质量好，装配应力均匀，可反复调整，直至合格。缺点是需预先制作卡具。总的来讲，值得推荐。
（3）千斤顶调整杆。该方法的特点是不需焊接任何附件，用千斤顶调整杆和手拉葫芦进行装配（见图2）缺点是最终调整部位往往应力较大，调整难度也大，效率低，有时需将定位焊缝割除重新调整。此法适于直径较小、壁薄的管。
对于HT80级之类的高强钢，虽应尽量避免在其上面焊接临时附件，但并非禁止。日本在HT80级钢上焊接卡具是很普遍的做法，但应对其焊接与拆除工艺作详细规定和控制。
图1 传统的装配方法
3、涂 装
（1）钢管内壁涂装
如果钢管在制作阶段完成最终涂漆并达到设计膜厚，则在其后的安装中涂膜难免被损坏，施以修补不仅费时，且不易保证质量。因此，可采用以下方法。
（a）面漆移至安装后涂装。钢管内壁防腐涂料较广泛地采用环氧沥青漆，其设计厚度一般为400～500μm，大致涂2～3道。其最大允许重涂时间，以海鸥牌P514/C514型涂料为例，一般为48h，也因作业环境条件而异。这样，若将最终涂层延至安装后进行，则时间间隔有时会是几个月。为防止层间剥离，在安装涂漆前须对前涂层表面进行粗化处理。某工程采用的是效率高的喷砂处理，压力为0.4MPa、喷射角60°～70°、喷射距离100～200mm，经附着性试验合格。此方法的缺点是恶化洞内作业条件，成本也较高，一般不采用。
（b）在制作工场只涂车间底漆。有的工程是在制作工场喷砂后只涂车间底漆，在安装涂漆前再作“净化喷砂”，除去锌、盐和污物。在生锈区域和焊接接头区喷砂到清洁度符合ISO21/2级，然后统一涂中间漆和面漆。此种方法的优点是质量好，缺点是需喷砂两次。
（2）外壁防腐
隧洞内钢管外壁防腐一般是涂水泥砂浆。外壁防腐不是必需的，只有当从制作结束到安装回填混凝土的时间间隔长时才需要。例如，地处气候干燥地区的二滩水电站，钢管外壁就未作防腐处理。在安装浇筑混凝土之前对焊接接头区补涂水泥浆的做法是多余的。
4、结 论
（1）合同规范宜对预热只作原则性规定，给予承包商选择的余地。
（2）确定预热规范应充分估计到环境湿度的影响。
（3）移动式火焰预热法难以管理，不能有效地防止裂纹。
（4）采用垫板有诸多的注意事項，在设计与施工方面应予以综合考虑。
（5）坡口设计应考虑钢管安装接头的特点。对于异形管接头，应注意坡口角度和坡口面角度的关系。
（6）钢管装配推荐采用履式卡具。
（7）应恰当地选择制作涂漆和安装涂漆的时机，注意最大允许重涂时间间隔。
（8）隧洞内钢管外壁防腐不是必需的。
参考文献：
[1] 冯艳蓉，李才，李奎生. 丰满水电站老压力钢管加固与改造[J]. 水力发电学报. 2001（02）
[2] 丁立杰，刘东常. 压力钢管外压稳定性分析的传统解析法存在问题初探[J]. 西北水力发电. 2003（02）
[4] 张浩，王国安，邓海. 压力钢管有限元分析[J]. 四川水力发电. 2004（01）
[5] 刘毓书. 大朝山水电站引水压力钢管的安装[J]. 水电站机电技术. 2005（S1）
关键词：压力钢管焊接预热；装配；防腐涂装
1、压力钢管安装的关键工序：焊接
（1）焊接预热
压力钢管的安装焊缝的焊接往往需要预热进行焊接。焊接是否需要进行预热，应根据钢材的材质、板厚、结构刚度、装配应力、接头类型、焊接方法、焊接材料种类、施工环境条件及施工管理水平等作综合考虑，这是一个比较复杂的问题，绝非翻阅一、两个规范就能确定的。预热与否及预热温度的确定，应按现场所做的焊接工艺评定来确定。如果合同文件其规定得无回旋余地，那么一旦出现了问题，则必然引起争端。国内曾有过A537C1.1（HT50级）钢、厚度22～24mm的压力钢管因未预热而出现冷裂纹的实例。经试验、分析断定，主要是因为隧洞内湿度大（最高RH为100%）而引起的。后来虽经火焰去湿，但当装配应力较大及湿度过高时，仍有裂纹产生，直至设置固定式加热器才杜绝了裂纹的产生。实际上，诸多的预热规范各有不同。例如（1）美国焊接研究学会推荐，气温>10℃时，厚度≤25.4mm的钢不预热。（2）日本压力钢管规范：厚度<25mm时，预热到去湿程度。（3）ASMEⅧ附录D：推荐最低温度为10℃（对于所有厚度）。（4）DL5017—93：厚度≤30mm不预热（尚有例外的环境条件，但未提及湿度）。
预热温度的选择也是要根据现场的实际情况而定。不同的部位不同的环境预热的温度也不同。例如钢的供货厂商日本NKK公司推荐其隧洞内安装的预热温度为100℃以上，但其也不能明确预热的温度。主要是是考虑到湿度、装配应力及管理水平等不确定的状况所作出的选择。其中管理水平对预热选择有较大的影响，譬如移动式火焰预热法，如果管理者及操作者技术水平不高，责任心又不强，则很难实现均匀预热；另一方面，应保证几名焊工同步焊一条缝，这样，除能防止不均匀收缩变形引起的钢管偏移外，尚利于保证层间温度。
（2）焊接垫板
垫板的优点
1.减少隧洞与钢管外壁的焊接工作量。例如融水县荣地电站压力钢管外壁距隧洞壁的设计尺寸仅为600 mm，最小处只有约200mm。只在钢管内作业，才能确保施工。
2.钢管内通风条件好，便于设备、材料的搬运、确保安全施工。
3.省去气刨及刨槽打磨工序。
应用垫板的注意事项
（a）垫板应沿焊缝全长连续设置，垫板间的接头应为全焊透接头。分成两个半圆的垫板不能满足这个条件，这是因为出于装配的需要，每块垫板须小于180°，这样，装配后的两垫板间隙一般20mm左右，这种几何不连续性可能诱发横向裂纹。
（b）不适合于TH80级以上的高强钢。某工程曾做过A517GrF（HT80级）和A537C1.1钢相焊的工艺评定，其冷弯试验在40°时即开裂。其次，强度高的钢对缺口敏感，而垫板接头则形成“变截面”和构成缺口。
（c）不适合于厚板。因V型坡口焊接填充量比X型坡口大，且收缩应力较大；另一方面，一旦根部产生缺陷，则返修量大。
（d）垫板与管壳外壁间隙应尽量小。当其大于3mm时，容易产生缺陷，在装配与焊接时务必注意。
（e）管外设计空间大小应与x射线探伤统一考虑。日本是采用自动装x胶片的小车，或以自动记录式超声波探伤取代x射线。
（f）异形管坡口
对于弯管、锥管及岔管等异形管的坡口设计与加工，应注意“坡口角度与坡口面角度的区别。譬如弯管，两坡口面角度之和大于或小于其所形成的坡口角度。
2、装配
压力钢管安装装配大致有以下方法。
（1）传统的装配方法。系借助于拉板、Г型板调整对口（见图1）。这种方法较简便，又能预防变形，但焊接、拆除这些附件较麻烦。
（2）履式卡具。这是日本应用于压力钢管及其他焊接结构（例球罐）的通用卡具。使用方法是预先将键在车间焊好，装配时，将履套在键上，插上销，再用楔调整间隙和错边。调整合格后，可将销、楔点焊，以防滑落。然后进行定位焊。待正式焊接至两层之后，再拆除卡具。该方法的优点是装配速度快，质量好，装配应力均匀，可反复调整，直至合格。缺点是需预先制作卡具。总的来讲，值得推荐。
（3）千斤顶调整杆。该方法的特点是不需焊接任何附件，用千斤顶调整杆和手拉葫芦进行装配（见图2）缺点是最终调整部位往往应力较大，调整难度也大，效率低，有时需将定位焊缝割除重新调整。此法适于直径较小、壁薄的管。
对于HT80级之类的高强钢，虽应尽量避免在其上面焊接临时附件，但并非禁止。日本在HT80级钢上焊接卡具是很普遍的做法，但应对其焊接与拆除工艺作详细规定和控制。
图1 传统的装配方法
3、涂 装
（1）钢管内壁涂装
如果钢管在制作阶段完成最终涂漆并达到设计膜厚，则在其后的安装中涂膜难免被损坏，施以修补不仅费时，且不易保证质量。因此，可采用以下方法。
（a）面漆移至安装后涂装。钢管内壁防腐涂料较广泛地采用环氧沥青漆，其设计厚度一般为400～500μm，大致涂2～3道。其最大允许重涂时间，以海鸥牌P514/C514型涂料为例，一般为48h，也因作业环境条件而异。这样，若将最终涂层延至安装后进行，则时间间隔有时会是几个月。为防止层间剥离，在安装涂漆前须对前涂层表面进行粗化处理。某工程采用的是效率高的喷砂处理，压力为0.4MPa、喷射角60°～70°、喷射距离100～200mm，经附着性试验合格。此方法的缺点是恶化洞内作业条件，成本也较高，一般不采用。
（b）在制作工场只涂车间底漆。有的工程是在制作工场喷砂后只涂车间底漆，在安装涂漆前再作“净化喷砂”，除去锌、盐和污物。在生锈区域和焊接接头区喷砂到清洁度符合ISO21/2级，然后统一涂中间漆和面漆。此种方法的优点是质量好，缺点是需喷砂两次。
（2）外壁防腐
隧洞内钢管外壁防腐一般是涂水泥砂浆。外壁防腐不是必需的，只有当从制作结束到安装回填混凝土的时间间隔长时才需要。例如，地处气候干燥地区的二滩水电站，钢管外壁就未作防腐处理。在安装浇筑混凝土之前对焊接接头区补涂水泥浆的做法是多余的。
4、结 论
（1）合同规范宜对预热只作原则性规定，给予承包商选择的余地。
（2）确定预热规范应充分估计到环境湿度的影响。
（3）移动式火焰预热法难以管理，不能有效地防止裂纹。
（4）采用垫板有诸多的注意事項，在设计与施工方面应予以综合考虑。
（5）坡口设计应考虑钢管安装接头的特点。对于异形管接头，应注意坡口角度和坡口面角度的关系。
（6）钢管装配推荐采用履式卡具。
（7）应恰当地选择制作涂漆和安装涂漆的时机，注意最大允许重涂时间间隔。
（8）隧洞内钢管外壁防腐不是必需的。
参考文献：
[1] 冯艳蓉，李才，李奎生. 丰满水电站老压力钢管加固与改造[J]. 水力发电学报. 2001（02）
[2] 丁立杰，刘东常. 压力钢管外压稳定性分析的传统解析法存在问题初探[J]. 西北水力发电. 2003（02）
[4] 张浩，王国安，邓海. 压力钢管有限元分析[J]. 四川水力发电. 2004（01）
[5] 刘毓书. 大朝山水电站引水压力钢管的安装[J]. 水电站机电技术. 2005（S1）