装配式施工管构件组法兰制作工艺精度研究

赵振海潘勇封文东

摘要：本文结合某大型数据中心工程空调管道装配式施工过程，采用工厂化全自动焊接装置制作管道构件，对如何保证法兰焊接质量、管构件法兰与管道的垂直度、异型构件法兰孔组对的制作精度控制等问题进行探讨研究，提出一些解决方案。

关键词：法兰焊接法兰垂直度异型构件法兰孔组对精度控制

1.前言

本工程空调管道工艺设计要求管道双面镀锌，按照传统施工需要一拆两装才能完成管道安装，这种施工方式极大浪费人力资源。为节约成本，节省施工工期，本工程采用“BIM+工厂化预制”模式，由BIM建模出具构件加工图，经工厂精准预制并镀锌，运输成品构件组至现场组装，管道安装缩减为一次性安装完成。本工程所有构件组连接均为法兰连接，法兰的焊接质量与精度决定管道安装一次性成功率，本文结合实际工程项目，探讨如何通过提高构件组法兰制作工艺精度来达到提升预装配构件的精度，提升管道安装一次性成功率。

2．管道安装时遇到的问题

本工程为数据中心，各种精密设备繁多且贵重，若管道安装时管道法兰连接严密性无法达到要求，会造成管道试压时漏水，导致精密设备损坏，造成无法估量的经济损失。空调系统试压时，对现场漏水点及处理方式进行统计，结果见漏水点处理方式占比图（图1）。

图1漏水处理方式占比图

通过图1，经过现场实际检测，可以看出漏水点主要因素如下：

1）管道构件法兰盘的连接面无法平正互相平行，构件连接不能完全密封，需返厂制作重新安装。

2）管道构件连接时，垫片位置不正，没有对正法兰密封圈，需重新更换垫片。

3）管道构件连接时，紧固螺栓没有完全紧固，导致法兰不能密封。

对于漏水点处理，紧固螺栓和更换垫片操作简单，经济损失小。对于法兰垂直度不够造成的返厂制作情况，操作难度大，甚至有些构件无法拆卸，经济损失大，可见法兰组对焊接是装配式施工的核心环节。

3.管构件制作精度控制

针对上述问题，采取积极有效的应对措施。管构件预制加工是空调管道安装工程的中心环节，经过统计，本工程空调管道管构件共1475个，阀门727个，法兰共3490片，法兰的焊接是本工程的核心环节，故管构件法兰的焊接质量是后续管道安装工程的基本前提条件。我们结合实际，总结出装配式施工管构件法兰组对焊接工艺要求及制作精度控制。

3.1BIM构件图纸精度控制

BIM建模时，模型中所有设备尺寸、阀门尺寸必须是根据其选型样本1：1比例进行毫米级精细化建族，确保BIM模型的精度。在确定管道分节后，对每一个构件出具加工详图，详图中要明确标注管构件的长度、三通尺寸、弯头尺寸、法兰厚度，并进行平面图和三维图对照，直观形象的反应每一个构件，见图2。

图2构件详图

3.2工厂预制加工

3.2.1材料选择

选材主要是对管道的选择，按照设计要求，空调冷水管DN＜50mm采用镀锌焊接钢管丝接，50≤DN≤250mm采用无缝钢管焊接，DN＞250采用螺旋焊接钢管焊接。针对现场材料进行抽样测量统计，得出钢管外径误差对管构件焊接一次成功率影响表，见表1。

针对DN500螺旋焊接钢管焊接进行抽样检测，发现若外径偏差大于2mm，导致法兰组对时管外壁与法兰内壁间隙过大，不利于自动焊接装置焊接，且焊缝成型质量差，间隙大处容易产生气孔。若外径偏差较大时，应先进行打底焊，再利用平焊法兰自动焊接装置进行焊接。

3.2.2法兰组对

通过构件详图，对钢管进行切割下料和剖口，然后进行法兰组对。管构件分为两类，只含直管段的标准构件与含三通、弯头的异型构件，其法兰组对方式略有区别。

1）标准构件法兰组对

标准构件组对时，先将下好料的直管管外壁画一条脊线（即定位线），移至法兰组对平台，见图3。然后根据欲组对法兰的标准体系、规格大小、压力等级，摇动变位翻板上的手轮调整法兰定位销孔至相应位置，安装法兰定位销，一般安装在法兰跨中的前两排，并将构件两端法兰放置定位销上。接着开启正翻或反翻按钮，使法兰随变位翻板翻转至垂直位置，利用磁性水平尺微调管道与法兰的垂直度。

图3法兰组对平台

随后利用升降小车前后左右移动，使得最近两螺栓孔中心线与直管脊线重合，并使得管外壁与法兰内圈间隙均匀，保证两头法兰螺栓孔的同心度，螺栓孔中心偏差一般不超过孔径的5%，后期安装时不会出现构件法兰端面无法平正相互平行与法兰螺栓孔不对应情况。组对好后，应马上进行多点位点焊固定。

2）异型构件法兰组队

异型构件组对以直管加三通为例，直管构件组对步骤参考标准构件组对方法，然后按照构件详图定位三通位置，以三通中心为三通短管脊线，使其两条脊线正交，画出三通大小并开三通口，三通处短管法兰组对同标准构件组对方法，保证三通处脊线与法兰任意相邻两螺栓中心线重合。

当异型构件中含90°弯头时，其弯头两端短管先按照标准构件组对方法制作，在与弯头对接时，保证弯头两端短管脊线正交，见图4。

图4弯头组对

3.2.3法兰焊接

1）焊接位置

焊枪位置定位于管道顶点至偏下0-10度上向焊接位（对应于管子转动方向），垂直法兰平面15-75度（根据法兰与管子厚度定角度），见图5。焊枪位置偏下可能引起焊缝两边焊道及收弧焊接接头连接不上现象。焊枪位置不要处于越过顶点（对应于管子转动方向）的下向焊接位，此位置极易引起焊接熔池包裹药皮，造成焊道夹渣缺陷。

图5焊枪位置调节

2）摆动位置

焊接前，必须先打开摆动开关进行摆动定位，观察两边摆动的位置与角焊缝边间隙一致，盖面层两边间隙留一个所用焊丝直径宽度。若盖面填充厚度大于2mm以上，摆动宽度不要大于焊道宽度，否则极易引起两边焊道夹渣。焊枪摆动速度将影响焊接成形及焊接质量，摆动速度是与焊接规范、构件转动速度、两边停顿时间相关的，经实际观测，以焊接熔池的过度时间为主，能保证焊道两边熔池前后各覆盖大半个熔池为宜，两边停顿时间不超过1s。若摆动速度过慢，会形成“之”字形焊缝；速度过快则极易产生夹渣。

3）焊接规范

二氧化碳气体流量应以24-26L/min为宜，过大或者过小都会造成二氧化碳气体保护不到位。二氧化碳气体使用时必须经加热，防止二氧化碳气体气化而吸附水分，产生气孔。焊丝的干伸长度以10-15mm为宜，过长易造成焊接不稳定，二氧化碳气体保护困难；过短熔池不易观察，易堵塞焊枪喷嘴。

焊接完成后，对焊接质量进行外观检查，检查焊缝处焊肉的波纹粗细、厚薄均匀规整等，加强面的高度和宽度尺寸应符合标准。焊缝处无纵横裂纹、气孔及夹渣，管内外表面无残渣、弧坑和明显的焊瘤。

4.结论

本文对某数据中心施工经验进行总结，装配式施工的质量好坏取决于管构件的制作精度和安装精度两个要素。制作精度其核心是管构件的法兰组对及法兰焊接，按照上述方法，能保证管构件法兰的垂直度和同心度。

装配式施工是机电安装的发展趋势，工厂化预制加工前景远大，如何保证工厂化预制加工精度，是装配式施工的重要研究课题。