摘要：在水电站工程的建设过程中，压力钢管的制作是整个工程中的重点，其中压力钢岔管制作又是其中的难点，本文简要介绍了布仑口-公格尔水电站800MPa级高强钢岔管的制作技术及质量控制要点，制作过程中运用AutoCAD、SolidWorks、Fastcam等计算机软件辅助制作，对类似岔管制作有一定参考意义。
关键词：800MPa级高强钢 钢岔管制作 SolidWorks AutoCAD Fastcam 辅助制作
1 工程概况
新疆布仑口-公格尔水电站位于新疆维吾尔自治区克州阿克陶县境内。该电站是盖孜河中游河段梯级电站中的第一级水电站，电站总装机容量200MW，引水式开发，装设3台单机容量为67MW、额定水头607m的立轴水斗式水轮发电机组。电站距喀什市135km，距阿图什市180km。作为疆南电网骨干电源，承担调峰、调频、事故备用和部分基荷的任务。引水系统采用一洞三机联合供水的布置型式，工程主要包括： 1条内径为3m、长度为1333m的压力钢管、两个钢岔管、三条内径为1.4m的支管及其部件的制作、安装。其中压力钢岔管为卜型结构形式，钢材为800MPa级高强度低合金钢材(宝钢B780CF)，1号岔管管壁厚度为46mm，大口管直径为2800mm，小口管直径为2100mm，月牙形肋板厚度为100mm。2号岔管管壁厚度为38mm，大口管直径为2100mm，小口管直径为1400mm，月牙形肋板厚度为80mm。布置形式如下图所示。
图1 岔管结构图
钢岔管的制作主要分为4个阶段进行：前期准备、岔管图展开下料及套料、瓦片的卷制、整体拼装、焊接。
2 前期准备
（1）制作材料的到场、检验。
（2）设计图纸的校核、审查。
（3）数控火焰切割机的切割精度校正。（划线对角误差在1mm之内）
（4）卷板机的校正、试卷。（使用同材质同厚度的板材试卷钢岔管最小直径，检验是否能够成型）
（5）大节拼装平台的搭设。（要求平台的平面度误差在2mm之内）
3 岔管图展开下料及套料工艺
3.1 岔管母材材质选择
布仑口-公格尔水电站钢岔管设计承受内压为7.5MPa，水压试验最大压力为9.375MPa，由于所承受的内压比较大，设计选用的钢材为宝钢所生产的牌号为 B780CF ，属于低焊接裂纹高强钢种，抗拉强度值为695-830Mpa。
3.2 岔管展开制图
3.2.1 利用AutoCAD进行变径锥管放样
岔管的主体是由三个变径锥管组成的，在展开放样中为了提高展开图的准确度，要对圆管截面圆周长进行N等分，使其各段曲面近似于平面。对于回旋体相同的截面，N值取得越大，其准确度越高，但作图越繁琐，为了解决这一矛盾，可参考表3-1确定N的大小。
表1 圆管直径与圆周等分数关系
由于锥管的设计尺寸为由φ2800mm渐变到φ2100mm，按照表1，作展开图时采用48份等分圆周。
3.2.2 3D制图软件SolidWorks在岔管展开图中的应用
SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，Solidworks软件功能强大、易学易用，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
在钢岔管的制作图纸的展开过程中，使用SolidWorks软件对岔管进行模型的制作及钣金展开，然后使用与AutoCAD无缝链接功能直接将展开图转换成dxf格式，读入到AutoCAD软件中，与cad中的展开图进行对比，两图能够完全重合，就说明岔管图的展开是准确的。
说明：在cad绘图过程中需对锥管展开后的圆心角进行计算，计算公式为：θ=（πd/l ）×360°
θ为圆心角，d为锥管截面直径，l为母线长度
为了保证计算的准确性，数值单位取到小数点后4位检验展开是否准确的方法：计算截面直径周长与展开对应
弧线长度进行对比，两者的数值之差在0.01mm之内。
图3 岔管SolidWorks中建模
说明：SolidWorks的钣金展开功能，能够将立体结构的模型展开成平板结构，使用与AutoCAD无缝链接功能，直接输出成dxf格式文件能够在AutoCAD中打开、编辑。
图5岔管在fastcam软件中套料效果图
4 岔管瓦片卷制
岔管下料完毕后进行瓦片卷制，为保证卷制出的瓦片符合设计及规范，需先对下好料的板材进行素线及样板弧线的绘制，而传统的人工绘制方法绘制误差大、不精确，为提高瓦片的卷制精度！采用在下料的环节进行划线作业。在下料过程中，通过将所需的卷制样板弧线及所需的卷制素线在套料过程中绘制在下料图中，在数控火焰切割机火焰切割之前使用画笔将所需线条预先在板材上画出，并用样冲冲孔标记。
图7 1号岔管组装分节图
首先在钢平台上按照岔管结构图放出主岔钢管A13锥中心线及外形尺寸线，将A锥整体吊放至平台上立放，将A13锥下口利用楔子板调整水平，使ME所在边缘直线处于竖直位置，然后用拉板点焊固定。使用吊车将B锥吊起安装到位，吊装时大勾上安装两个倒链、管壁与地面连接螺旋拉紧器配合微调角度及肋板间隙，使用经纬仪配合线坠测量M、N点位置、高程符合理论及规范要求后，将接缝局部点焊使用定位板固定。按照安装B锥的方法安装C锥，然后调整H、I点高程及位置，测量NH尺寸符合理论及规范要求后使用定位板点焊固定。同样方式将肋板吊装插入连接位置点焊固定在一侧锥管上，完成整体预拼装，检验各项尺寸合格后解体。
6焊接
由于布仑口-公格尔水电站钢岔管所使用的板材材质为B780CF,属于800MPa级高强度低合金钢材，800MPa级高强度低合金钢材在水电站的岔管制作过程中是不多见的，焊接难度比较大。为了控制焊接变形，以及保证焊接层间温度，焊接过程中采用多人分段焊接的方法。在手工焊接过程中，依据评定完成的焊接工艺中焊接参数进行，如下表所示：
表一、 焊接工艺评定中焊接参数
焊接残余应力是由于焊接引起焊件不均匀的温度分布，焊缝金属的热胀冷缩等原因造成的，所以伴随焊接施工必然会产生残余应力，消除残余应力的最好办法就是焊后热处理，每小时升温50℃，最高到200℃时保温两个小时，然后再逐渐降温，降温的速度每小时50℃。
图8 岔管环缝焊接示意图
7 结语
如今水电站的设计趋势是朝着高水头，大管径方向发展，同时对于引水洞的压力钢管部分的设计采用高强钢板材越来越多，对于压力钢管制造中的重点、难点主要集中在钢岔管上，通过布伦口-公格尔水电站的钢岔管制造，我公司采用了先进的制图软件及富有创新精神的制造工艺解决了一系列的制造难题，为今后的类似工程提供了良好的实践基础，同时对类似的工程有一定的参考意义。
作者简介：
[1]杨元普（1980.08-）男，工程师，河北省三河市人，从事水电站金属结构制作及安装管理工作，邮箱：40781616.com
论文作者:杨元普
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/5
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