大型洞内压力钢管自动化工艺研究(1)程力学毕(3)

四.  现代大型钢管工程的基本要求

1、满足工程设计工期和质量的要求

针对目前钢管制造安装量在和质量要求高的趋势，应当尽可能选用技术成熟、自动化程度高的工艺和设备。无论是在材料采购，还是在钢管制造、安装、焊接、防腐及相应的检测过程都应当体现。

  在我国大规模开发大中型水电站的背景下，为符合钢管工程结构的单一性、高强度和质量要求，研制大型钢管制造的自动化焊接单机十分必要，借鉴国内外的先进焊机技术，采用多丝高速埋弧焊工艺，完全可以从根本上解决大型钢管工程的焊接效率和质量控制难题。

 2、降低工程总造价

根据洞内钢管工程的特点，其成本包括材料采购和制造安装等直接费用，同时应计算为此工程产生的临时工程投入的大小，并尽可能减少后期运行管理成本。

  3、生产系统具有柔性，可以适应结构和尺寸相近的钢管需要

由具有自适应焊缝跟踪系统功能的单台或多台焊接操作机与工件装夹，机械组合而成的加工中心适用于产品规格多变的小批量生产。大型自动化焊接装备或生产线的一次投资额相对较高，在设计这种焊接装备时必须考虑柔性化，形成柔性制造系统，以充分发挥装备的效能，满足同一工程或类似工程不同的生产需要。
   4减少交叉作业，避免施工互相干扰：

这一点在洞内施工时尤为关键，不合理的工艺线路设计不仅影响到钢管的安装安全和质量，而且极可能影响到整个隧洞工程的施工进度。

5、实现均衡生产，避免劳动力、施工设备等资源使用出现大的波动，工程施工易于实现过程控制，可以有效地降低施工管理难度。

6、创造有利的施工环境，这既符合国家相关法律（《劳动法》《环境保护法》等），又是现代企业以人为本的文化价值观的直接体现。

五.  大型洞内钢管新型自动化工艺及其特点

在以上的工艺分析的基础上，结合现代技术的原则，我们可以确定这样一个新的大型洞内钢管的自动化工艺，它分为三个阶段：1、钢板加工卷制；2、钢管组圆焊接及安装；3、钢管防腐。

1、钢板加工卷制

㈠钢管下料、切割刨边：钢板宽度在3 m左右较为合理；

㈡钢管卷板（根据情况制作成1/2 、1/3或1/4圆弧）；

㈢加劲环制造：可以数控切割；

㈣圆弧钢板运输，包括长途运输到施工洞内，或仓储后二次运输到施工洞内。

2、钢管组圆焊接及安装

㈠洞内组圆及纵缝焊接：组圆采用大型的立式组圆回转平台，焊接方法为全自动埋弧焊接或气体保护焊接；

㈡钢管矫圆，采用可移动的半自动液压校形机；

㈢安装钢管活动内支撑；

㈣两个或多个管节组圆及环缝焊接：在大型滚焊台车上进行全自动埋弧焊接或气体保护焊接；

㈤钢管加劲环安装及焊接；

㈥台车运输到安装部位，调正，焊接，检验。

【这是新工艺最关键的部分，采用了洞内立组的方法，结合立式回转平台、大型或超大型滚焊台车和高效的自动焊接设备，将形成一套移动的钢管拼装焊接生产线，代替现有工地钢管厂的功能，同时调整现有的安装工艺，拼装和焊接的自动化程度大大地提高了，大量复杂的钢管大件运输吊装以及翻身换位工作没有了，起重、安装、焊接及其探伤的劳动强度降低了，施工安全和质量可靠性增加，钢管制造安装的强度易于提高。此项工艺突破了现有技术的限制，将促使水电站压力钢管制造安装实现量变到质变的飞跃发展，更能体现我国大型水电站建设规划中高技术高质量高效率低投入少（施工）人员的现代设计理念。】

3、钢管防腐：回填管壁外混凝土及灌浆后，内壁防腐，采用高效、清洁的自动喷砂、喷涂设备。

新型钢管工艺的特点是：

1. 钢管初步加工可由设备完善的机械厂或钢结构制造厂完成，将切割划线、下料、刨边、卷板形成流水线作业。大型钢管专用的弧形钢板形成集中工厂加工的方式，促进钢管制造向标准化、专业化和规模化方向发展。可能形成一个工厂对多个中小工程或多个工厂对一个大工程的市场网格状态的分布，实现市场资源的合理配制。

2.现场的钢管制造和安装由专业化的机械设备进行组圆，焊接和防腐工作自动化程度大大提高，既能保证施工质量，又可以加快总体施工进度。

3. 施工安全性提高，钢管运输只在主洞内进行，大件的运输和吊装工作量大为减少，运输效率易于提高，完全避免了现有工程中通常存在的大型钢管运输造成施工交通受阻的现象。

4.节省了现场钢管厂的建造，与此相关的公路、施工支洞等可以按普通标准设计施工等级降低，此方面可以节省大量前期投入。不仅如此，还将节省了工地钢管厂的建设费用和数控切割机、刨边机、数控卷板机等大型设备的一次性投入。目前一个中等规模的工地钢管厂的临时建设费用在300万以上，相应的设备投入约1000万，占地总面积在10000 m²以上。

5.专用设备投入增加，需要设计制造大型钢管立式旋转组装平台，选择适合大型钢管的滚焊台车，并开发钢管内壁防腐专用的自动化设备，但这些在技术上没有大的难题，而且相关设备费用可由多个工程分摊，总体设备投入与现有工艺相当或适当降低。

6.工作环境改善，劳动强度降低，现场施工人员减少，主要表现为焊接和起重技术工人数量减少，通常一个中型规模的工地钢管厂需要200人左右，而按照此工艺只需要50-60人左右，施工人员劳动生产率将提高2-4倍，管理工作量相应减少。

7.与此相关的土建工程开挖量和临时建筑减少，相应地减少了对施工区域自然环境的影响。

8.随着整个施工过程机械化自动化程度的提高，特别是手工焊条电弧焊只在少量环缝和加劲环接头等局部使用，焊接自动化程度将达到熔敷金属量的70%以上，生产能耗相对降低，使钢管制造安装工艺技术得到大的提升，达到甚至超过发达国家的先进水平。

9. 既适用于交通运输或场地条件有限的水电站大型钢管工程，也非常适用于钢管直径大数量不多的水电站中小型钢管工程。

六.结束语

水电站钢管工程是一个系统的工程，涉及到水电站建设的规划、设计和施工等多个环节，其发展与现代冶金、机械制造、交通运输以及水电建筑等基础工业的发展密切相关，钢管的新型自动化工艺是一个既符合我国大规模水电站开发建设的高质量快速施工原则，又能大幅提升钢管制造安装水平的现代化施工工艺，它可以综合钢板机械加工、数控卷板与全自动焊接等多项国内外成熟的工程技术，可以应用先进的大型数控卷板机、大型钢管滚焊台车、多丝高速埋弧焊焊接工艺及设备等，同时提出了大型钢管立式组圆回转平台、大型钢管内壁自动喷砂、自动喷涂设备研发的新课题。

水电站洞内钢管的新工艺十分适应我国目前日益发展的工业化水平和市场经济要求，符合改革开放条件下的中国现代水电建设管理思想，通过进一步的技术开发利用，不仅可以为水电建设的优化方案提供技术支持，有利于节约电站投资，有利于改善施工环境，有利于提高工效，有利于工程质量控制，有利于提高施工管理效率，而且，在大规模推广应用之后, 能充分利用市场资源，提高能源利用效率，展示我国水电站建设现代化水平，使我国水电站钢管制造安装的技术达到国际领先水平。 

共4页: 3