水电站厂房尾水肘管制作实践

邹明琦,邹振忠

(1.比亚迪汽车有限公司,西安 710075；2.中国水利水电第三工程局有限公司,西安 710032)

1 概 况

几内亚苏阿皮蒂水利枢纽电站厂房4套尾水肘管，每套重量52.855 t，每套由12个单元节组成，上进口内径5 191.0 mm，渐变和弯曲90°后，到内壁宽11 463.4 mm，高2 664.4 mm矩形下出口，整体高度6 363.2 mm,上口圆中心到下口矩形边缘总长度6 497.9 mm。采用δ20 mm、Q235B材料。体型效果见图1[1]。

2 Auto CAD中三维建模

在Auto CAD中根据设计图纸提供的肘管各单元节坐标表，画出肘管单线图(见图2左侧图)；再根据设计图纸提供的各单元节断面平面图，与肘管单线图合成如图2右侧的三维模型框线图[2]。

图1 肘管体型图 单位：mm

3 Auto CAD三维模型中各单元节的提取

(1) 首先在图2空间模型框线图中逐步将各单元节(本例为第3单元节)提取出来(见图3左侧)，并将需要展开放样的图形单独提取，在命令行输入“loft”命令,光标选取弧形线并回车，然后在命令栏输入“导向(G)”, 光标选取两弧形的连接线并回车，得到三维线框图，并通过点击“视图”→“视觉样式”→“概念”，得到图3右侧效果图[3-4]。

(2) 将图3右侧效果图单击Auto CAD “输出”→选择“其他格式”→保存为“.sat”格式→点击“保存”。

图2 肘管单线和空间模型线框图 单位：mm

图3 第3单元节提取图 单位：mm

4 Auto POL中单元节展开

图4 第3单元节展开图

打开Auto POL for Windows软件，导入保存的“.sat”格式的单元节，点击“展开”按钮，出现如图4左侧的界面，在“厚度”一栏输入钢板厚度，点击“展开”按钮，得到图4右侧的展开平面图，导出为“.DXF”格式保存，方便在Auto CAD中导入和编辑[1]。

按照上述步骤获得肘管各单元节的展开平面图形，在Auto CAD中进行综合布料(需考虑节间和接板的焊缝错位)，并将布料结果形成工艺文件交由材料采购、数控切割下料等工序。

5 节间环缝坡口的设计

(1) Auto POL for Windows软件默认钢板厚度中心层不发生变化原理，对单元节曲面进行平面展开，不考虑肘管各相邻单元节环缝对接时存在角度，而使对接处因钢板厚度存在误差(见图5)，因此需要根据肘管各相邻单元节的环缝对接角度情况进行坡口设计。

图5 相邻单元节环缝对接状态图

(2) 整个肘管呈90°弯曲形状，从第1节的圆形断面过渡到第12节的矩形断面，图5按照河流上下游、直径处的剖面对坡口切割分析如下。

“A放大”为肘管上游侧，其阴影为相邻单元节环缝内壁重叠，“B放大”为肘管下游侧，其阴影为相邻单元节环缝外壁重叠；该阴影处环缝向大坝左右岸方向延伸时，坡口角度随之发生变化。目前大多数制造加工厂的数控切割机只能按照固定的角度切割坡口，其结果是相邻单元节环缝对接时的坡口宽度与图纸要求不符，从而影响其环缝焊接质量。在工艺设计阶段按照以下2种方案进行对比：

1) 在Auto CAD中按照钢板厚度进行三维实体建模，应用“实体编辑”中的“差集”命令，可以得到相邻单元节环缝的完美吻合。利用“打断”功能将内壁、外壁的曲面分别提出保存并展开放样，将放样的平面展开图叠加在一起，得到如图6内外壁坡口切割图。

图6 单元节内外壁切割示意图

2) 在单元节下料阶段不考虑坡口设计，在Auto POL for Windows“厚度”一栏输入钢板厚度，得到钢板中心层展开平面图，直接输入数控切割机程序中进行下料切割，单元节卷圆组拼时根据实际情况，用划针按照设计的坡口宽度进行划线和手工切割。

对以上2种方案的实践施工进行对比。方案1因动态切割轨迹中的角度不断变化，无法采用数控切割机切割坡口；采用手工切割时，没有直观的参照对象而导致坡口切割质量较差，切割工时较长。方案2卷制成型后相邻单元节组拼时，虽然因角度变化存在组拼偏差，但可以互为参考，便于划线和切割。对比结果：方案2要比方案1提高1/3的工效，因此采用方案2比较经济实用。

6 注意事项

肘管各单元节为空间扭曲形状，在制作各工序中应注意以下质量控制点：

(1) 第8节至第12节圆弧段较短的单元节，无法采用卷板机卷制，可以采用制作模具在压力机上进行扭曲弧形面的压制，其压制素线控制在100 mm左右，以提高圆弧精度；压制过程中要不断用圆弧样板检查其圆弧近似设计值；不可压制过多，以免造成圆弧直径小于设计值，加大反压修正难度。

(2) 相邻单元节组拼时，环缝坡口宽度划线完成后，建议采用靠尺，避免手工切割不稳，导致坡口角度偏差和切割断面锯齿形缺陷过大；同时，尽可能不要一次切割到位，采取分次修正切割的方法，保证坡口切割质量。

(3) 肘管必须进行整体安装状态总拼和加固，只有总拼才能发现配合质量缺陷，并加以修正；检测空间几何尺寸满足设计值要求后，安装定位板并标识各单元节安装中心参考线，以保证缩短工地安装调整时间和提高安装精度。

7 结 语

对几内亚苏阿皮蒂水利枢纽电站厂房4套尾水肘管的制作实践进行了简要的叙述，为类似工程在Auto CAD中三维建模，转换到Auto POL for Windows中平面展开放样的操作路径，以及相邻单元节环缝坡口的加工方法，提供了参考经验。