大内径输水钢管的制造工艺与质量控制

　　深圳市东部引水工程包括东部供水水源工程和供水网络干线工程，总长104.57km。近期引水11m3/s，远期可达30m3/s。大坝河倒虹吸工程是该项工程的一个重要组成部分，它采用了双排压力钢管，内径3.1m，双排管各长832.9m。其中作为管桥的明管，管壁厚t＝30mm，双排管各长208.1m；埋地管管壁厚t=24mm，双排管各长624.8m。
　　直径3.1m输水钢管的施工分两个阶段进行，先在工厂加工制作成长6m(t=24mm)或5.4m(t＝30mm)的管节，然后运到工地进行对接。
　　一、技术文件
　　施工图纸、设计说明书、现行的国家标准和行业标准。
　　二、选材
　　钢管用Q235镇静钢。钢板尺寸按长宽双定尺-24×9870×2050和-30×9870×1850订货。对到货的钢板要求牌号清晰、合格证齐全，并进行了5%的检查。 
　　焊材：埋弧自动焊的焊丝采用HO8A，焊接采用HJ431，手工焊焊条采用J427。
　　防腐材料：钢管内防腐采用镀锌铁丝网水泥砂浆衬里；外防腐埋地管采用特加强级环氧煤沥青涂料，明管采用STIC重防腐涂料。
　　三、钢板的下料、卷板和组装
　　1．钢管制作的下料 
　　钢管纵缝和环绕坡口，&考&试大$设计采用“V”形和“U”形。根据施工单位现有加工设备的具体情况，经设计单位同意，改为埋弧自动焊对称“X”形，将工地手工焊接坡口改为”偏X”形——即环缝水平中心线以上外侧和水平中心线以下内侧均开大“V”形坡口，对应相反方向开小“V”型坡口(见图)。
　　“偏X”坡口，便于先焊仰脸焊的小坡口，接着采用电弧气刨正面清根，再焊上部大焊缝。
　　钢板采用自动火焰气割枪切割，先割直边，再加割坡口。切割氧气压力O.6MPa，乙炔气压力O.5MPa。然后使用高速角式磨光机，清除坡口内的熔渣、毛刺、氧化铁、磨光焊缝坡口。
　　2．卷板
　　卷板机的卷板能力为板厚25mm×板宽4000mm。
　　首先用卷板机压出钢板两端头的弧度，再卷中间部位。一般要卷碾4～5次，不断用样板检查弧度，弧度合格后，点焊纵缝接口。
　　为了达到规范要求的圆度，当每小节(t＝24mm长度2000mm或t=30mm长度1800mm)的接口纵缝焊完之后，再次套入卷板机进行复卷，确保质量合格。
　　3．管节的组装
　　考虑工地起吊和运输能力，减少工地焊缝，将3个短节组装成一个长节，即壁厚24mm，长度6000mm，重量11094kg；壁厚30mm，长度5400m，重量12625kg。
　　组装是在长度7m的弧形转动台车上进行的。控制相邻管节纵缝错开1800mm，组装的焊缝错边量纵缝控制在2mm以内，环缝不超过3mm，定位焊的长度是每250mm焊50mm。
　　4．钢管组装后的检验
　　经检查，管口平面性<2mm，圆度<3D‰=9mm，周长＜3D‰=9mm，都达到了规范要求。
　　四、钢管的焊接
　　1．首先进行焊接工艺评定
　　以厚度30mm的钢板作焊接工艺评定。钢板材质是Q235镇静钢，采用自动埋弧焊，焊丝牌号H08A，焊丝直径5mm，焊剂牌号HJ431，环缝和纵缝均采用对接平焊，坡口型式是对称“X”形，一边先开坡口角60°，坡口深度8mm，钝边14mm，焊机为MZ-1-1000A自动弧焊机，焊接电流900～950A，电弧电压38V，焊接速度200～250mm/min。正面焊完后，背缝采用电弧气刨清根，再行焊接。焊缝经外观检查和内部无损检测，均达一类焊缝标准，机械性能试验结果符合GB700-88要求。
　　2．钢管的焊接 
　　埋地钢管：材质Q235、厚度t＝24mm。焊接参数为电压36V、电流850～900A、速度35mm/min。 
　　焊接顺序：每个小节长度2m，纵缝内侧先开60°坡口，深度6mm，焊件固定后，由焊机臂伸缩，进行自动焊接；纵缝外侧用电弧气刨，开60°坡口，深度6mm，清根到底，再用高速角式磨光机清除熔渣、&考&试大$毛刺和受热层，进行自动焊接。
　　将3个小节拼起来为1个大节，长度为6m。先焊内侧，后焊外侧。方向同上。所不同的是，这时钢管放在滚焊台车上，作旋转运动，而装在焊臂上的焊机作送丝焊接。
　　明管的焊接：管材用Q235，厚度t=30mm。严格按照焊接工艺评定报告中所确定的焊接电特性执行，电压38V，电流900～950A，速度200～250mm/min。
　　3．钢管焊缝的质量检查
　　焊缝的外观检查：根据DL/T5017-93钢管制造安装及验收规范，对工厂内焊接的纵缝和环缝，属于一类和二类焊缝，重点检查有无裂纹、气孔、未焊满、表面灰渣等缺陷，经检查达不到规范要求的，必须进行处理。
　　焊缝内部的无损检测：由于该管道在供水工程中属于特大型钢管，特别是厚度t=30mm的钢管是作为管桥使用的，既要承受内水压力，又要负担由钢管自重和水体形成的弯矩，所以对焊接的质量要求特别高。对于管桥用的t=30mm厚的钢管，其纵缝和环缝均属于一类焊缝，要求进行100%的X光射线拍片检查和100%的超声波探伤检查；而对厚度t=24mm的埋地钢管，纵缝属于一类焊接，进行20%的X光拍片检查和50%的超声波探伤检查。X光射线探伤仪型号为XXH-3005，超声波探伤仪型号为CTS-22。
　　五、钢管的防腐
　　1．埋地管外防腐
　　喷丸除锈：除锈按Sa2.5控制，采用喷钢丸除锈，金属表面全部露出银白色金属光泽，粗糙度为40～70μm。
　　喷涂防腐层：特加强级环氧煤沥青防腐，即底漆1道，面庞5道，中间夹4层环氧玻璃丝布，厚度达到0.9～1mm，涂每层漆的间隔时间以涂上的漆干燥达不粘手为准。
　　质量检查：外观检查：漆表面均匀、平滑、无流挂、无泡、无折皱。使用测厚仪，抽检5%，全部测点要达到设计厚度，否则，补漆加厚。用5000V电火花针孔检漏仪，进行针孔和绝缘检查，以不打火花为合格。附着力检查，将防腐层切三角口，用力进行撕拉，应不易拉起；若被拉起来，但第一层底漆必须附着在钢管金属表面上，这样才算合格。
　　2．明管的外防腐
　　采用STIC重防腐涂料。
　　喷丸除锈：同埋地管除锈。
　　喷涂防腐涂料：当除锈合格，采用无气高压喷枪，喷第一层红色底漆，待漆干不粘手，再喷第二道底，漆膜厚度达到300μm。
　　油漆的检验：外观检查，同埋地管厚度测量采用磁性测厚仪进行测量，漆膜总厚度应达600μm以上。
　　3．钢管的内防腐
　　埋地管和明管的内防腐，均采用挂镀锌铁丝网，喷涂抗压强度不小于30N/mm2的水泥砂浆衬里。其水泥砂浆配合比是，水：水泥：砂子＝22：200：270；采用生活用水；#525硅酸盐水泥；坚硬、洁净、级配良好的天然砂，含泥量小于2%最大粒径小于1.2mm。
　　除锈：在钢管安装、焊接、回填覆土、竖向变位等验收合格后，用钢丝轮刷彻底清除管道内部的浮锈、氧化皮、焊渣、油污等。
　　梆扎镀锌铁丝网：铺设直径3mm铁丝网，网格尺寸50mm×50mm，网片间隔10mm，钢管底部弧长1380mm范围内不铺设铁丝网，以便于喷涂小车行走；铁丝网与管壁之间垫直径φ6、长7mm的Q235钢筋，点焊连接，间距350mm，钢管内壁距铁丝表面9mm。
　　机械喷涂水泥砂浆：分两层喷涂，第一层喷10～12mm厚，&考&试大$第二层喷8～10mm，确保刮磨平整光滑。
　　养护：一段钢管喷涂完毕，立即封堵所有通气孔，使管内保持湿润，进行养护。
　　检查验收：测量防腐厚度、表面平整度，检查是否有裂纹、空鼓现象，水泥浆抗压强度要达到30N/m㎡，对超标部位要进行处理使之达到规范要求。
　　六、整条钢管水压试验
　　根据设计要求：试验压力为0.481MPa，渗水要求全长827m不大于2.41/min。2000年4月，进行了打压后渗漏降压和打压后放水降压试验，结果两根钢管渗水量分别为0.1051/min和0.281/min，符合设计要求。
　　倒虹吸钢管从设计到制造安装，都严格按照设计和规范要求，克服了钢管制作和施工安装的种种技术难题，严把质量关。通过质量验收，单元工程优良品率为96%，达到了较满意的效果，为工程的安全运行打下了坚实基础。