淺談循環(huán)水管道埋弧焊接輔助裝置在管道施工中的應(yīng)用

馬驥

摘要：本文對(duì)天津北疆二期擴(kuò)建2×1000MW機(jī)組工程循環(huán)水管道施工進(jìn)行介紹，并總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。作者在此項(xiàng)目施工中任總工程師，全過(guò)程參與循環(huán)水管道的施工。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水管道;焊接;輔助

天津北疆二期擴(kuò)建工程循環(huán)水管道DN3600共計(jì)830m，DN2600共計(jì)560m，DN2200共計(jì)150m，DN1400共計(jì)180m，總計(jì)3200噸，計(jì)劃制作安裝工期5個(gè)月。循環(huán)水管道在平臺(tái)地面上滾動(dòng)焊接，現(xiàn)場(chǎng)施工區(qū)域小、效率低。為此，專(zhuān)門(mén)成立QC小組進(jìn)行攻關(guān)，并取得良好效果。

1新型循環(huán)水管道埋弧焊接輔助裝置研制

1.1焊接現(xiàn)狀

焊接方式采用搖臂式支架埋弧焊接方式，缺點(diǎn)為：只能對(duì)單條焊縫焊接;受搖臂長(zhǎng)度限制;只能對(duì)管道組合長(zhǎng)度<6m的管道焊接;效率低，不能滿(mǎn)足工期;對(duì)直縫焊接時(shí)需增加輔助裝置，影響效率。

此項(xiàng)目循環(huán)水管道分四種規(guī)格，共1720米，采用此焊接方式平均每日完成焊口5.9只。以該速度，完成焊接預(yù)制（1157只）需180天。計(jì)劃時(shí)間僅90天，該焊接速度無(wú)法滿(mǎn)足。

1.2新型焊接輔助裝置研制目標(biāo)

為滿(mǎn)足要求，需研制新型埋弧焊接輔助裝置，可實(shí)現(xiàn)兩道焊縫同時(shí)焊接，直縫及環(huán)縫同時(shí)焊接，適用不同口徑（DN1400-DN3600）、不同組合長(zhǎng)度（≤8m），平均每日完成焊口12只。

1.3設(shè)計(jì)方案的選擇

方案一：制作可調(diào)節(jié)式立式支架，根據(jù)不同口徑的管道調(diào)節(jié)兩套焊機(jī)高度，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外口、直縫、環(huán)縫同時(shí)焊接，焊機(jī)與焊縫的距離可調(diào);管道滾動(dòng)部分帶動(dòng)管道旋轉(zhuǎn)完成環(huán)縫焊縫，電動(dòng)托架的移動(dòng)帶動(dòng)焊機(jī)直縫焊接。

方案二：管道頂升裝置調(diào)節(jié)焊機(jī)高度，調(diào)節(jié)焊機(jī)與焊縫的距離;管道滾動(dòng)部分帶動(dòng)管道旋轉(zhuǎn)，使焊接覆蓋焊縫，可對(duì)環(huán)縫、加固圈焊接。

綜合比較，方案一在各方面都優(yōu)于方案二，因此用方案一。

1.4裝置組成結(jié)構(gòu)分析

1.4.1管道滾動(dòng)部分分析

兩種思路，第一種是可調(diào)式電動(dòng)滾動(dòng)架，第二種是自調(diào)試電動(dòng)滾輪架。綜合比較，第二種滿(mǎn)足各種口徑自動(dòng)調(diào)節(jié)，比第一種快速高效：選擇Y80M2-4三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的自調(diào)節(jié)滾輪架，底部高度L=1100mm，滾輪直徑為200mm。

1.4.2上部焊機(jī)行走軌道結(jié)構(gòu)選擇

制作焊機(jī)行走軌道，焊機(jī)可沿軌道進(jìn)行直縫焊接，增加橫撐保證兩角鋼間距離，支架要承重焊機(jī)重量、焊接過(guò)程中保證焊機(jī)穩(wěn)定性，同時(shí)保證焊嘴與焊縫間的距離滿(mǎn)足要求?？梢匀媒卿撝谱鳎部捎媒卿?工字鋼或角鋼+槽鋼制作，綜合看用角鋼+工字鋼制作好。

1.4.3可調(diào)節(jié)立式支架

（1）上部支架部分選擇

埋弧焊機(jī)支架作為支架，連接不同口徑管道焊接焊機(jī)支撐，設(shè)計(jì)不同連接結(jié)構(gòu)，可同時(shí)承擔(dān)兩套焊接軌道支撐焊接。圓弧形埋弧焊機(jī)支架固定點(diǎn)不易固定，導(dǎo)致焊機(jī)穩(wěn)定性差，選方形支架固定點(diǎn)可行性高。

（2）焊機(jī)軌道支架與立架連接方式的選擇

連接方式有焊接、銷(xiāo)軸插接和搭接三種。為保穩(wěn)定，拆卸方便，焊機(jī)軌道支架與立架可移動(dòng)、同時(shí)對(duì)內(nèi)外口焊機(jī)施工，用銷(xiāo)軸插接方式。

（3）底部可調(diào)節(jié)支撐部分選擇

移動(dòng)式通過(guò)頂升裝置調(diào)節(jié)頂升范圍，適應(yīng)不同管道高度，下部設(shè)萬(wàn)向輪方便移動(dòng)，安裝內(nèi)部焊機(jī)軌道支架安裝，保證內(nèi)部焊接要求，上部頂升版四個(gè)角開(kāi)50mm圓孔，插入限位管，管與底部鋼板用焊接方式連接;固定式下部鋼板鋪設(shè)于地面保證穩(wěn)定，其它與移動(dòng)式方式一樣。移動(dòng)式在穩(wěn)定性、承載力和可操作性都優(yōu)于固定式。

①萬(wàn)向輪結(jié)構(gòu)選擇

帶剎車(chē)式有剎車(chē)，受外力影響小，操作方便;普通式易受外力影響，不穩(wěn)定。因此帶剎車(chē)式實(shí)用性高。

②萬(wàn)向輪直徑選擇

根據(jù)底部鋼板（1m×1m）不易用直徑超過(guò)300mm，支架穩(wěn)定受重心與地面高度影響，選萬(wàn)向輪直徑為150mm。

③萬(wàn)向輪材質(zhì)選擇

充氣式重量輕易攜帶，承重110KG，承受力小易變形;聚酯滾輪承重850KG，承受力好;碳鋼滾輪重，承重960KG，用聚酯滾輪更合適。

④移動(dòng)式支架穩(wěn)定方式選擇

移動(dòng)式支架可用加鋼板延長(zhǎng)三角支撐穩(wěn)定，也可用剎車(chē)式萬(wàn)向輪穩(wěn)定。加鋼板延長(zhǎng)三角支撐在底部鋼板設(shè)三個(gè)支腿，夾角120°呈三角形焊接，支腿前段用螺帽焊接，安裝螺栓固定于地面，螺栓根據(jù)地面平整度調(diào)節(jié)，底部支撐面積大，安全性好;用螺栓固定，可拆卸，使用方便。剎車(chē)式直接固定于地面，靠剎車(chē)裝置保證穩(wěn)定，底座支撐面積小，安全性和穩(wěn)定性差，因此采用加鋼板延長(zhǎng)三角支撐。

⑤頂升裝置的選擇

頂升裝置分電動(dòng)液壓頂升和機(jī)械頂升。電動(dòng)液壓頂升裝置承載力在3t以上，電動(dòng)調(diào)節(jié)，兩側(cè)可同步同時(shí)操作，頂升高度同步;機(jī)械頂升裝置承載力在2t左右，手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)麻煩，兩側(cè)不可同步，頂升高度易產(chǎn)生誤差，選擇電動(dòng)液壓頂升裝置使用。

⑥調(diào)節(jié)范圍的確定

埋弧焊機(jī)焊嘴部位可調(diào)節(jié)焊嘴與管道焊縫間距離，調(diào)節(jié)范圍為0-100mm，軌道支撐厚度為95mm，焊機(jī)調(diào)節(jié)范圍為5mm，滿(mǎn)足要求。

不同口徑管道最低點(diǎn)焊縫間距最大偏差為170mm。

為方便移動(dòng)焊機(jī)上部支撐不拆除而方便埋弧焊機(jī)支架移動(dòng)，應(yīng)保證焊機(jī)軌道支撐底部與管道焊縫間距離≥50mm。

因此最大頂升高度為220mm。

⑦頂升裝置型號(hào)選擇

第一種CL63/50-250L：推力（T）20KN，缸體高250mm，頂升高100mm，無(wú)壓狀態(tài)高360mm，重量16.3kg。

第二種CL80/50-400L：推力（T）25KN，缸體高430mm，頂升高220mm，無(wú)壓狀態(tài)高510mm，重量37kg。

第三種CL100/50-500L：推力（T）30KN，缸體高520mm，頂升高500mm，無(wú)壓狀態(tài)高750mm，重量75kg。

根據(jù)缸體高度可判定，第二、三種滿(mǎn)足要求。根據(jù)前面分析底部焊機(jī)Bmin=830mm，Bmax=1000mm。底部萬(wàn)向輪H=300mm，第二種方案Bmin>810mm且Bmax<1030mm，且該型號(hào)T=2.5t滿(mǎn)足要求，自身重量小可人工移動(dòng)安裝;第三種型號(hào)Brnin<1050mm。所以選擇第二種。

⑧頂升裝置限位選擇

頂升裝置可用圓環(huán)式或插銷(xiāo)式，圓環(huán)式是將圓環(huán)焊接于鋼管，防止過(guò)頂升圓環(huán)受力面積大，受力強(qiáng)，焊接完成后不能拆卸，安全性較高;插銷(xiāo)式是將鋼管鉆孔，用螺栓穿入孔內(nèi)，螺栓側(cè)界面受力，受力性能差，焊接完成后方便拆卸，但開(kāi)孔部位受力小，安全性低，因此選擇圓環(huán)式焊接限位。

1.4.4焊接自動(dòng)裝置各尺寸最終確定

焊機(jī)行走軌道支撐長(zhǎng)10000mm，寬400mm;立架上部支架長(zhǎng)3800mm，寬600mm;底部裝置長(zhǎng)599mm，寬1000mm;整體高4359mm，寬12000mm。

2裝置制作與試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙加工制作，多方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。根據(jù)結(jié)果，焊接裝置安全穩(wěn)定、操作方便、焊接速度快、合格率滿(mǎn)足，可推廣。該裝置可用于不同管徑、型號(hào)的管道，預(yù)制效率提高125%，焊口一次合格率達(dá)到98.03%。

3結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)水滾動(dòng)焊接裝置的研制，提高管道的預(yù)制效率，為以后同類(lèi)工程管道預(yù)制安裝打下良好基礎(chǔ)，開(kāi)拓新的發(fā)展空間。