浅谈循环水管道埋弧焊接辅助装置在管道施工中的应用

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　　摘要：本文对天津北疆二期扩建2×1000MW机组工程循环水管道施工进行介绍，并总结相关经验。作者在此项目施工中任总工程师，全过程参与循环水管道的施工。
　　关键词：循环水管道;焊接;辅助
　　天津北疆二期扩建工程循环水管道DN3600共计830m，DN2600共计560m，DN2200共计150m，DN1400共计180m，总计3200吨，计划制作安装工期5个月。循环水管道在平台地面上滚动焊接，现场施工区域小、效率低。为此，专门成立QC小组进行攻关，并取得良好效果。
　　1新型循环水管道埋弧焊接辅助装置研制
　　1.1焊接现状
　　焊接方式采用摇臂式支架埋弧焊接方式，缺点为：只能对单条焊缝焊接;受摇臂长度限制;只能对管道组合长度<6m的管道焊接;效率低，不能满足工期;对直缝焊接时需增加辅助装置，影响效率。
　　此项目循环水管道分四种规格，共1720米，采用此焊接方式平均每日完成焊口5.9只。以该速度，完成焊接预制（1157只）需180天。计划时间仅90天，该焊接速度无法满足。
　　1.2新型焊接辅助装置研制目标
　　为满足要求，需研制新型埋弧焊接辅助装置，可实现两道焊缝同时焊接，直缝及环缝同时焊接，适用不同口径（DN1400-DN3600）、不同组合长度（≤8m），平均每日完成焊口12只。
　　1.3设计方案的选择
　　方案一：制作可调节式立式支架，根据不同口径的管道调节两套焊机高度，实现内外口、直缝、环缝同时焊接，焊机与焊缝的距离可调;管道滚动部分带动管道旋转完成环缝焊缝，电动托架的移动带动焊机直缝焊接。
　　方案二：管道顶升装置调节焊机高度，调节焊机与焊缝的距离;管道滚动部分带动管道旋转，使焊接覆盖焊缝，可对环缝、加固圈焊接。
　　综合比较，方案一在各方面都优于方案二，因此用方案一。
　　1.4装置组成结构分析
　　1.4.1管道滚动部分分析
　　两种思路，第一种是可调式电动滚动架，第二种是自调试电动滚轮架。综合比较，第二种满足各种口径自动调节，比第一种快速高效：选择Y80M2-4三项异步电动机的自调节滚轮架，底部高度L=1100mm，滚轮直径为200mm。
　　1.4.2上部焊机行走轨道结构选择
　　制作焊机行走轨道，焊机可沿轨道进行直缝焊接，增加横撑保证两角钢间距离，支架要承重焊机重量、焊接过程中保证焊机稳定性，同时保证焊嘴与焊缝间的距离满足要求。可以全用角钢制作，也可用角钢+工字钢或角钢+槽钢制作，综合看用角钢+工字钢制作好。
　　1.4.3可调节立式支架
　　（1）上部支架部分选择
　　埋弧焊机支架作为支架，连接不同口径管道焊接焊机支撑，设计不同连接结构，可同时承担两套焊接轨道支撑焊接。圆弧形埋弧焊机支架固定点不易固定，导致焊机稳定性差，选方形支架固定点可行性高。
　　（2）焊机轨道支架与立架连接方式的选择
　　连接方式有焊接、销轴插接和搭接三种。为保稳定，拆卸方便，焊机轨道支架与立架可移动、同时对内外口焊机施工，用销轴插接方式。
　　（3）底部可调节支撑部分选择
　　移动式通过顶升装置调节顶升范围，适应不同管道高度，下部设万向轮方便移动，安装内部焊机轨道支架安装，保证内部焊接要求，上部顶升版四个角开50mm圆孔，插入限位管，管与底部钢板用焊接方式连接;固定式下部钢板铺设于地面保证稳定，其它与移动式方式一样。移动式在稳定性、承载力和可操作性都优于固定式。
　　①万向轮结构选择
　　带刹车式有刹车，受外力影响小，操作方便;普通式易受外力影响，不稳定。因此带刹车式实用性高。
　　②万向轮直径选择
　　根据底部钢板（1m×1m）不易用直径超过300mm，支架稳定受重心与地面高度影响，选万向轮直径为150mm。
　　③万向轮材质选择
　　充气式重量轻易携带，承重110KG，承受力小易变形;聚酯滚轮承重850KG，承受力好;碳鋼滚轮重，承重960KG，用聚酯滚轮更合适。
　　④移动式支架稳定方式选择
　　移动式支架可用加钢板延长三角支撑稳定，也可用刹车式万向轮稳定。加钢板延长三角支撑在底部钢板设三个支腿，夹角120°呈三角形焊接，支腿前段用螺帽焊接，安装螺栓固定于地面，螺栓根据地面平整度调节，底部支撑面积大，安全性好;用螺栓固定，可拆卸，使用方便。刹车式直接固定于地面，靠刹车装置保证稳定，底座支撑面积小，安全性和稳定性差，因此采用加钢板延长三角支撑。
　　⑤顶升装置的选择
　　顶升装置分电动液压顶升和机械顶升。电动液压顶升装置承载力在3t以上，电动调节，两侧可同步同时操作，顶升高度同步;机械顶升装置承载力在2t左右，手动调节，调节麻烦，两侧不可同步，顶升高度易产生误差，选择电动液压顶升装置使用。
　　⑥调节范围的确定
　　埋弧焊机焊嘴部位可调节焊嘴与管道焊缝间距离，调节范围为0-100mm，轨道支撑厚度为95mm，焊机调节范围为5mm，满足要求。
　　不同口径管道最低点焊缝间距最大偏差为170mm。
　　为方便移动焊机上部支撑不拆除而方便埋弧焊机支架移动，应保证焊机轨道支撑底部与管道焊缝间距离≥50mm。
　　因此最大顶升高度为220mm。
　　⑦顶升装置型号选择
　　第一种CL63/50-250L：推力（T）20KN，缸体高250mm，顶升高100mm，无压状态高360mm，重量16.3kg。
　　第二种CL80/50-400L：推力（T）25KN，缸体高430mm，顶升高220mm，无压状态高510mm，重量37kg。
　　第三种CL100/50-500L：推力（T）30KN，缸体高520mm，顶升高500mm，无压状态高750mm，重量75kg。
　　根据缸体高度可判定，第二、三种满足要求。根据前面分析底部焊机Bmin=830mm，Bmax=1000mm。底部万向轮H=300mm，第二种方案Bmin>810mm且Bmax<1030mm，且该型号T=2.5t满足要求，自身重量小可人工移动安装;第三种型号Brnin<1050mm。所以选择第二种。
　　⑧顶升装置限位选择
　　顶升装置可用圆环式或插销式，圆环式是将圆环焊接于钢管，防止过顶升圆环受力面积大，受力强，焊接完成后不能拆卸，安全性较高;插销式是将钢管钻孔，用螺栓穿入孔内，螺栓侧界面受力，受力性能差，焊接完成后方便拆卸，但开孔部位受力小，安全性低，因此选择圆环式焊接限位。
　　1.4.4焊接自动装置各尺寸最终确定
　　焊机行走轨道支撑长10000mm，宽400mm;立架上部支架长3800mm，宽600mm;底部装置长599mm，宽1000mm;整体高4359mm，宽12000mm。
　　2装置制作与试验
　　根据设计图纸加工制作，多方面进行实验分析。根据结果，焊接装置安全稳定、操作方便、焊接速度快、合格率满足，可推广。该装置可用于不同管径、型号的管道，预制效率提高125%，焊口一次合格率达到98.03%。
　　3结束语
　　循环水滚动焊接装置的研制，提高管道的预制效率，为以后同类工程管道预制安装打下良好基础，开拓新的发展空间。
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