3.1 直管、弯管和渐变管的制作
3 制 作
3.1 直管、弯管和渐变管的制作
3.1.1 钢板画线和下料应满足下列要求：
1 钢板画线的允许偏差应符合表3.1.1-1的规定；钢板下料的允许偏差应符合表3.1.1-2的规定。
表3.1.1-1 钢板画线的允许偏差(mm)
表3.1.1-2 钢板下料的允许偏差(mm)
2 管节纵缝不应设置在管节横断面的水平轴线和铅垂轴线上，与上述轴线圆心夹角应大于10°，且相应弧线距离应大于300mm及10倍管壁厚度。
3 相邻管节的纵缝距离应大于板厚的5倍且不应小于300mm。
4 在同一管节上，相邻纵缝间距不应小于500mm。
5 环缝间距，直管不宜小于500mm，弯管、渐变管等不宜小于下列各项之大值：
1)10倍管壁厚度。
2)300mm。
3)
，r为钢管内半径，δ为钢管壁厚。
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3．1．1本条对钢板画线和下料作出了规定。
2因为在钢管的这些部位往往要安装进入孔等附件，这款规定是防止焊缝交叉、密集布置，从而影响钢管的强韧性。而安装在水平或倾斜位置的钢管的这些部位又往往是所受应力的最大区域。当是埋管时，则其水平段在铅垂轴线方向的顶部即12点位置附近和底部即6点位置附近可能要开设灌浆孔进行接触灌浆，势必出现十字焊缝或焊缝距离相邻位置太近，从而影响钢管质量。而在这些部位当接触灌浆质量不好时，混凝土与钢管外管壁接触间隙过大使其局部管壁分担受力升高，当在这些部位再设置钢管纵缝时，可能会导致钢管壁开裂的几率增大。而钢管管轴线处于铅垂方向时，同时在其横断面X轴线和Y轴线上没有设置附件时，此条不受限制。
5本款规定环缝最小间距，是为了避免焊缝及管壁转折影响叠加，主要针对弯管及岔管内侧。在《水电站压力钢管设计规范》DL／T5141-2001第11．1．3条里对环缝最小间距提出三个限制规定：其一，“10倍板厚”是根据焊接应力分布范围提出的。其二，“300mm”是施工焊接要求，当经与论证后可适当减短。其三，“
”的要求是引用2001年出版的美国机械工程师协会标准ASME《锅炉及受压容器规范》Ⅷ第二分篇。近年来我国水电站管径和壁厚均有所增大，难以满足上述全部要求，尤其是第5款中的第3)项要求，所以，一些工程不得已而突破其限制，如鲁布革水电站按其第3)项要求计算为910mm，实际采用522mm。十三陵抽水蓄能电站其要求为1100mm，实际采用522mm。为此，编写本规范规定第5款时为“不宜小于下列各项之大值”，而不是规定为“不应”。
3.1.2 钢板画线后应用钢印、油漆和冲眼标识，分别标识出炉批号、钢管分段、分节、分块的编号、水流方向、水平和垂直中心线、灌浆孔位置、坡口角度以及切割线等符号。所有标识和信息应具有可追溯性。
3.1.3 高强钢钢板，不得用锯或凿子、钢印作标识。但在下列情况，深度不大于0.5mm的冲眼标识允许使用：
1 在卷板内弧面，用于校核画线准确性的冲眼。
2 卷板后的外弧面。
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3．1．3冲眼太浅，防腐后不易看到，过深将可能导致冲眼处微裂纹等缺欠的发生。根据水工金属结构的一、二类焊缝的咬边深度不大于0．5mm，本条对冲眼深度给予不大于0．5mm的量化规定。
1冲眼打在卷板的内弧面，是因为内弧面在卷板时通常不受到拉伸变形，不易出现卷板裂纹。
2“卷板后的外弧面”，是因为这时卷板时拉伸变形已经发生过了，再打冲眼通常不会再受到拉伸变形导致冲眼出现裂纹的影响。
3.1.4 钢板和焊接坡口的切割应用自动、半自动切割或刨边机、铣边机加工。淬硬倾向大的高强钢焊接坡口宜采用刨边机、铣边机加工，当采用热切割方法时应将割口表面淬硬层、过热组织等用砂轮磨掉。
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3．1．4尤其是钢板表面即焊缝盖面两侧熔合线上的淬硬层应用砂轮磨除，因为盖面时往往焊接电流、焊接热输入较小，使淬硬层不易退火和重熔掉。有些钢板还得进行预热切割，预热切割是防止切割时，割口及其附近出现裂纹，尤其是含碳和合金元素高的高强钢一定要注意这一因素。
3.1.5 切割质量和尺寸偏差应符合现行行业标准《热切割 气割质量和尺寸偏差》JB／T 10045.3、《热切割 等离子弧切割质量和尺寸偏差》JB／T 10045.4或《火焰切割面质量技术要求》JB 3092的有关规定。
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3．1．5由于水电水利施工的特殊性，钢管在工地现场，焊接坡口制备大多是采用热切割成型，所以对切割质量要求应比较高，此条对热切割的质量要求应遵循的标准给予列出。
3.1.6 切割面的熔渣、毛刺应用砂轮磨去。切割时造成的坡口沟槽深度不应大于0.5mm；当在0.5mm～2mm时，应进行砂轮打磨；当大于2mm时应按要求进行焊补后磨平。当有可疑处应按现行行业标准《承压设备无损检测 第4部分：磁粉检测》JB／T 4730.4或《承压设备无损检测 第5部分：渗透检测》JB／T 4730.5规定进行磁粉检测(MT)或渗透检测(PT)表面无损检测。
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3．1．6为了实际施工操作查依据简便，钢管钢材切割时，对割口表面质量的处理方法给予了规定。
3.1.7 焊接坡口尺寸允许偏差应符合现行国家标准《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》GB／T 985.1、《埋弧焊的推荐坡口》GB／T 985.2或设计图样的规定。不对称X形坡口的大坡口和V形坡口均宜开设在平焊(即向上)位置侧。除铅锤竖井段外，环缝采用与X水平轴为界(宜有100mm左右的变角过渡段)的翻转焊接坡口，始终使大坡口侧向上。铅锤竖井段环缝宜开设K形坡口。
3.1.8 钢板卷板应满足下列要求：
1 卷板方向应和钢板的压延方向一致。
2 卷板前或卷制过程中，应将钢板表面已剥离的氧化皮和其他杂物清除干净。
3 卷板后，将瓦片以自由状态立于平台上，用样板检测弧度，其间隙应符合表3.1.8-1的规定。
表3.1.8-1 样板与瓦片的允许间隙
4 当钢管内径和壁厚关系符合表3.1.8-2的规定时，瓦片允许冷卷，否则应热卷或冷卷后进行热处理。
表3.1.8-2 片允许冷卷的最小径厚比
注：ReL(Rp0.2)——所卷钢板实际的屈服强度。正常情况下，为钢板质保书上提供的屈服强度值。
5 卷板时，不得用金属锤直接锤击钢板。
6 高强调质钢和高强TMCP钢，不宜进行火焰矫形。当采用火焰矫正弧度时，加热矫形温度不应大于钢板回火温度或控轧终止温度。
7 拼焊后，不宜再在卷板机上卷制或矫形。
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3．1．8本条对钢板卷板制作要求作出了规定。
2本款规定是为了防止在实际生产中因忽略此款，导致卷板时剥落的氧化皮等硬物划伤瓦片，使其出现“麻坑”，同时防止损伤卷板机轧辊表面降低轧辊使用寿命，甚至是轧辊疲劳断裂的直接原因。
3表3．1．8-1中按照圆度精度等级原理，结合实际施工方法统计得出的数据偏差，给予规定的，实践证明能满足施工质量要求。
4小直径厚壁钢管的径厚比往往接近或小于本规范表3．1．8-2中的规定值，当卷板时钢板塑性应变量大，卷制后使瓦片或管节时效脆性增加。加之各个炼钢厂的冶炼技术水平和设备能力参差不齐，炼钢时清除气体元素等不到位，这样的钢板在大的塑性应变条件下卷制成型，往往在常温条件下就出现显著的应变时效脆性现象。卷制或滚压后的这类瓦片放置一定时间后，冲击吸收能量值明显下降。据有关资料显示规定，低碳钢和低合金钢的应变时效敏感系数C分别不大于50％、40％(按《钢的应变时效敏感性试验方法》GB4160标准做钢的应变时效敏感性)。为此，由应变时效敏感系数知，小直径厚壁钢管，采用的钢板最低冲击吸收能量值不应小于《锅炉和压力容器用钢板》GB713、《低合金高强度结构钢》GB／T1591、《高强度结构用调质钢板》GB／T16270和《压力容器用调质高强度钢板》GB19189等标准规定材质的最低冲击吸收能量值的2倍，是符合常用钢板卷板后韧性下降也不会低于标准规定值。大量工程事故案例和实验数据显示钢材冲击吸收能量在大于20J部位就止住裂纹的扩展了。亦可采用热卷或冷卷后做热处理(严格讲是去应力热处理)来消除冷加工导致的钢板塑性、韧性降低，热处理还可降低残余应力。
热卷或冷卷后做去应力热处理是很费工的，一般应设法避免。由于高强钢、不锈钢钢板金相组织比较复杂，对温度比较敏感，加热操作不当会导致金相组织的恶化，而不锈钢复合钢板由于基层和覆层的热膨胀系数不一样，加热时可能会导致基层和覆层剥离分层。所以对此类钢种宜采用冷卷方式卷板。
5主要是防止在钢板上出现锤击伤痕。当要锤击时可采用隔一块垫板的方式进行锤击。垫板可焊接一根半柔性的钢筋，作为把手——防止锤击垫板时，垫板跳动或随机移动。
6对高强钢，当火焰加热矫形温度大于其材质的回火温度或控轧的终止温度时，由铁碳相图和CCT曲线知道，将会导致材料金相组织的转变从而使其性能恶化。
7“拼焊后，不宜再在卷板机上卷制或矫形”的工艺流程。因为焊接接头与母材比较，往往晶粒度均匀性差、残余应力高和应力集中、强度硬度高而不均匀、塑性韧性差、厚度有余高或不匀、焊趾咬边等。当这样时，拼焊后再卷板滚圆会使焊接接头及其附近有劣化力学性能的倾向，产生新的缺欠甚至出现裂纹。当有必要时，可进行“对比试验”——拼焊后原封不动的焊接接头和拼焊后卷板的焊接接头做力学性能对比。
3.1.9 钢管对圆应在平台上进行，其管口平面度要求应符合表3.1.9的规定。
表3.1.9 钢管管口平面度
3.1.10 钢管对圆后，其周长差应符合表3.1.10的规定，纵缝处的管口轴向错边量不大于2mm。
表3.1.10 钢管周长差(mm)
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3．1．10与第3．1．9条结合比较，既规定了管口平面度又规定了瓦片的轴向错边量。其主要是由于近年来大直径的钢管很多，一个管节是由若干瓦片构成，而测平面度往往是拉十字线测量，看两线的交点的吻合度来测管口平面度，这样虽然管口平面度保证了，不一定能保证瓦片间的轴向错边量。为此，对相邻瓦片组对的错边量作了规定。当管口错边量过大时，将会导致焊接坡口钝边错位和对装间隙不易保证，影响装配和焊接质量。
3.1.11 钢管纵缝、环缝对口径向错边量的允许偏差应符合表3.1.11的规定。
表3.1.11 钢管纵缝、环缝对口径向错边量的允许偏差(mm)
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3．1．11因为不锈钢复合钢板不锈钢覆层比较薄，一般覆层厚度都在4mm左右，所以在本规范表3．1．11序号5中规定不锈钢复合钢板的对口错边量不应大于1．5mm。目前施工资源装备容易达到这一规定，同时又不影响运行使用性能。
3.1.12 纵缝焊接后，用样板检测纵缝处弧度，其间隙应符合表3.1.12的规定。
表3.1.12 钢管纵缝处弧度的允许间隙
3.1.13 纵缝焊接完后，应测量两端管口的实际外周长，并在相应管口边缘部位作出实际外周长的数字标识。
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3．1．13根据两管节管口的周长差来进行装配对口压缝。防止管口周长差导致的环缝错边，在这里提出以引起施工人员注意。
3.1.14 钢管横截面的形状允许偏差应符合下列规定：
1 圆形截面的钢管，圆度不应大于3D／1000，且不应大于30mm，每端管口至少测两对直径。
2 椭圆形截面的钢管，长轴a和短轴b的长度允许偏差为±3a(或3b)／1000，且绝对值不应大于6mm。
3 矩形截面的钢管，长边A和短边B的长度允许偏差为±3A(或3B)／1000，且绝对值不应大于6mm，每对边至少测三对，对角线差不应大于6mm。
4 正多边形截面的钢管，外接圆直径D允许偏差为±6mm，最大直径和最小直径之差不应大于3D／1000，且不应大于8mm。
5 非圆形截面的钢管局部平面度每米范围内不应大于4mm。
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3．1．14根据钢管的使用情况、热切割下料的尺寸偏差以及焊接和热矫形导致的收缩量等因素综合考虑来确定圆形和异形钢管形状允许偏差。
3.1.15 单节钢管长度允许偏差为±5mm。
3.1.16 钢管安装的环缝，当采用带垫板的V形坡口时，垫板处的钢管周长、圆度和纵缝焊后弧度等的允许偏差应符合下列规定：
1 钢管对圆后，其周长差应符合表3.1.16的规定。
表3.1.16 垫板处钢管周长差(mm)
2 钢管安装加劲环时，同端管口最大和最小直径之差，不应大于4mm，每端管口至少应测4对直径。
3 纵缝焊后，用本规范第3.1.12条规定的样板检测纵缝弧度，其间隙不应大于2mm。
3.1.17 弯管、渐变管以及高强钢钢管不宜采用带垫板焊接接头。
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3．1．17对非直管段的钢管，当采用焊缝垫板接头时往往垫板与管壁贴合不严实，所以不应采用焊缝垫板接头。另外，由于带有垫板的焊接接头根焊时，焊接拘束度大，而高强钢的屈强比大多大于ReL／Rm＞0．75，这说明塑性较差，焊接时在根焊与垫板结合处易产生龟裂。加之垫板往往是用5mm～8mm厚度的扁钢来制作，而扁钢与高强钢的化学成分差异很大，焊接时势必会引起扁钢对钢管内的含碳量和合金元素含量改变、杂质元素增加，往往会稀释管壁内的合金元素，从而导致高强钢钢管的力学性能下降。同时超声波检测时在其结合界面处位于盲区，对裂纹等焊接缺欠不易检测出来，诸如此类原因不应采用垫板焊接接头。
3.1.18 加劲环、支承环、止推环和阻水环应符合下列规定：
1 与钢管环缝距离不宜小于3倍管壁厚度，且不应小于100mm。
2 环板拼接焊缝应与钢管纵缝错开200mm以上。
3 内圈弧度应用样板检测，其间隙应符合本规范表3.1.8-1中的规定。
4 环板与钢管外壁的局部间隙，不宜大于3mm。
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3．1．18当该两种类型的焊缝相距近了时，易导致焊接缺欠发生的几率。一旦一条焊缝出现开裂很快传递给另一条焊缝，止裂性差，从而酿成更大质量事故发生的可能性。
3.1.19 加劲环、支承环和止推环组装的垂直度允许偏差应符合表3.1.19的规定。
表3.1.19 钢管的加劲环、支承环和止推环组装的允许偏差(mm)
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3．1．19组对焊接时，垂直度超差，将会使这些环类附件受力不好，并会产生应力集中，甚至受力后开裂。
3.1.20 加劲环、支承环及止推环和钢管纵缝交叉处，应在内弧侧开半径为25mm～80mm的避缝孔。
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3．1．20在装配环类附件(除止水环)时，当遇到管壁纵缝处应开半径为25mm～80mm的避缝孔，避缝孔形状可以是半圆孔，也可以是方圆孔。主要是避免出现焊缝十字接头，因为焊缝十字接头处不利的焊接应力场分布将会出现三向拉应力，且在交汇点上容易出现焊接缺欠，从而使焊接接头的力学性能下降。串通孔在环类附件上的分布、尺寸、形状、数量等宜由设计单位确定。
3.1.21 加劲环、支承环及止推环上的避缝孔、串通孔与管壁连接处的焊缝端头应封闭焊接。
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3．1．21避缝孔、串通孔等端头当不封闭焊时，会在端部拐角处引起锈蚀、应力集中甚至裂纹的产生。
3.1.22 灌浆孔宜在卷板后制孔。当高强钢钢管设有灌浆孔时，宜采用钻孔的方式制孔。
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3．1．22灌浆孔应根据其管径、管节长(钢板宽)、壁厚、钢种、数量和设备等因素确定开孔的时机——卷板前或卷板后和开孔方法，但应尽量在卷板后制孔。这是因为从实际施工情况来看，灌浆孔通常都大于50mm，卷制后当上摇臂钻将无法进行时(当开孔直径不大时，可选用磁力钻钻孔)。而高强钢宜用钻孔的方式开孔，因为高强钢受热后冷却时容易出现淬硬组织和裂纹，由于孔径比较小，这些缺欠通常使用角向磨光机无法打磨，而用直磨机打磨比较费工费事。高强钢的缺口裂纹敏感性比较高，当采用熔化焊焊接工艺封堵灌浆孔时，措施不当很容易在灌浆孔上产生裂纹等焊接缺欠，这点应当引起注意。因此建议，高强钢不宜设置灌浆孔，宜采用预埋“专用可重复灌浆管”或拔管的方式进行灌浆比较合适。当采用在管壁上开设灌浆孔的方式进行灌浆时，一旦灌浆孔开裂导致水的渗漏，势必引起电站停机，停止发电才能进行灌浆孔的质量处理，这样会给电站运行发电导致不必要的经济损失和不良的社会影响。
3.1.23 灌浆孔螺纹应设置空心螺纹护套，不得使螺纹锈蚀、腻死、滑丝等损伤；空心螺纹护套的空心内径应使后续工序的固结灌浆钻的钻头能通过，无卡阻现象发生。灌浆作业结束后在戴灌浆孔堵头时才能拆出空心螺纹护套。
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3．1．23灌浆孔之所以要设置空心螺纹护套的目的是在涂装时防止涂料腻死螺纹丝扣，存放时防止螺纹锈蚀，在进行固结灌浆钻孔和灌浆作业时防止螺纹被损坏。灌浆作业结束后在戴灌浆孔堵头时才能拆出空心螺纹护套，拆除空心螺纹套前可在其上焊接临时圆钢或钢筋把手，易于拆除。
高强钢，宜采用预埋管——“预埋管法或拔管法”造孔灌浆，不宜采用在管壁上开设灌浆孔的方式灌浆。如可用接触回填灌浆管(即FUKO管)，外径38mm，内径22mm，长度100m／箱，即采用预埋管法进行接触灌浆和回填灌浆。预埋管法或拔管法尤其适用于围岩破碎情况较少的，或可不用钢管灌浆孔作为“戴盖固结灌浆”的情况。
当采用粘接法或缠胶带法封堵(主要是针对高强钢而言)，欧美国家使用这种方式已有20余年的历史。日本不得在Rm(R0．2)≥780N／mm2级钢上开设灌浆孔，而欧美国家则允许，这可能是钢种不同的原因。
3.1.24 多边形、方变圆等异形钢管，宜在制作场内进行整体或相邻管节预装配。
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3．1．24多边形、方变圆等异形钢管，结构形状和尺寸都比较复杂，对装配质量要求较高。而钢管制作场内施工设备等加工手段比较好，所以应在制作场内进行预装配，以便发现问题及时给予处理。
