三峽工程4＃機(jī)壓力鋼管下平段攏縫焊接過(guò)程中座環(huán)變位監(jiān)測(cè)

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三峽工程4^#機(jī)壓力鋼管在設(shè)計(jì)形式上取消了伸縮節(jié)，其下平段湊合節(jié)與下游鋼管之間的最后一道環(huán)縫即合攏焊縫是在強(qiáng)約束條件下施焊，高強(qiáng)度大厚板壓力鋼管在強(qiáng)約束條件下施焊，會(huì)產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力和變形。為了保證機(jī)組安裝質(zhì)量，三峽總公司廠壩（綜）[2001]第109號(hào)文要求：在合攏縫施焊過(guò)程中，座環(huán)變位不應(yīng)超出±1.0mm的允許范圍。為了考察環(huán)縫焊接收縮時(shí)，是否會(huì)因焊接應(yīng)力的影響，對(duì)座環(huán)產(chǎn)生較大的拉動(dòng)作用，使座環(huán)變位，造成機(jī)組中心出現(xiàn)較大的偏差。受業(yè)主委托，組成檢測(cè)組，對(duì)4^#機(jī)壓力鋼管下平段合攏縫焊接施工全過(guò)程中對(duì)座環(huán)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

    監(jiān)測(cè)采用工業(yè)三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)TCA2003（瑞士Leica），測(cè)量系統(tǒng)由主機(jī)、便攜電腦、測(cè)量目標(biāo)（反射片或棱鏡）、數(shù)據(jù)線等四部分構(gòu)成。測(cè)量精度：測(cè)角0.5″；測(cè)距近距離（100m內(nèi)）優(yōu)于0.5mm。     測(cè)量系統(tǒng)主機(jī)通過(guò)對(duì)測(cè)量目標(biāo)的測(cè)量得到測(cè)量目標(biāo)所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)（即測(cè)量數(shù)據(jù)），電腦通過(guò)軟件采集測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行坐標(biāo)系的生成與轉(zhuǎn)換，最后通過(guò)分析計(jì)算得到所需的測(cè)量結(jié)果。     工業(yè)三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)是通過(guò)建立幾何模型將檢測(cè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化成空間點(diǎn)、線、面的相互關(guān)系，確定測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量及其布置位置，進(jìn)而根據(jù)采集的數(shù)據(jù)按照已建立的幾何模型進(jìn)行分析計(jì)算，得到測(cè)量結(jié)果。     2、監(jiān)測(cè)過(guò)程     2.1 坐標(biāo)系：     以機(jī)組軸線為坐標(biāo)系的X軸且正方向指向左岸，以上下游方向?yàn)閅軸且正方向指向上游，Z軸為鉛垂方向且正方向向上，坐標(biāo)原點(diǎn)位于廠房4^#機(jī)上游墻面消防栓部位。     2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)：     在座環(huán)上環(huán)面布置四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)P1、P2、P3、P4，并將其固定，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置及點(diǎn)號(hào)如圖1所示。 圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖     2.3 監(jiān)測(cè)時(shí)間：     2001年11月17日（合攏縫焊接前）對(duì)4^#機(jī)座環(huán)上環(huán)板的圓度進(jìn)行了檢測(cè)。     2001年11月22日21:00至12月2日15:00，即開(kāi)始焊接前進(jìn)行的第一次測(cè)量（座環(huán)變位監(jiān)測(cè)的初始值）至焊接完畢(焊縫溫度冷卻至環(huán)境溫度)后進(jìn)行的最后一次測(cè)量。     2001年11月22日23:00起，每間隔4小時(shí)測(cè)量一次。     2001年12月2日下午（合攏縫冷至環(huán)境溫度）對(duì)4^#機(jī)座環(huán)上環(huán)板的圓度進(jìn)行了檢測(cè)。     2.4 測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的保證措施：     （1）將測(cè)量主機(jī)固定在特制的并與基礎(chǔ)焊牢的金屬支架上（取代原木支架），以保證在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在同一測(cè)站內(nèi)；在廠房的上下游墻壁上布置5個(gè)公共測(cè)點(diǎn)，每次對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)P1、P2、P3、P4進(jìn)行測(cè)量時(shí)，同時(shí)對(duì)5個(gè)公共測(cè)點(diǎn)也進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)比較5個(gè)公共測(cè)點(diǎn)相對(duì)于其原始值變化情況以核查全站儀的測(cè)站是否發(fā)生變化。     （2）測(cè)量時(shí)根據(jù)白天、夜晚溫度變化的實(shí)際情況來(lái)調(diào)整儀器的溫度修正值以減小溫度對(duì)測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差。     （3）對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及公共測(cè)點(diǎn)進(jìn)行雙面測(cè)量以減小系統(tǒng)的軸系誤差，對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)還進(jìn)行3次循環(huán)測(cè)量取其平均值以減小視覺(jué)偶然誤差。     2.5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的記錄與保存：     （1）對(duì)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)記錄格式，在便攜式電腦中對(duì)原始測(cè)量數(shù)據(jù)備份保存。     （2）每次測(cè)量完畢，及時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)手工輸入《壓力鋼管下平段合攏縫焊接過(guò)程中座環(huán)變位監(jiān)測(cè)記錄表》。     3、幾何模型及數(shù)據(jù)處理     3.1 座環(huán)圓度：     在座環(huán)上環(huán)板的端面上均勻布置了16個(gè)測(cè)量點(diǎn)，11月17日（合攏縫焊接前）、2001年12月2日下午（合攏縫冷至環(huán)境溫度）分別對(duì)這16個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)量，對(duì)測(cè)得的兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行圓擬合，計(jì)算出合攏縫焊接前、后座環(huán)的圓度。     3.2 座環(huán)變位：     座環(huán)上各點(diǎn)的三維坐標(biāo)值在合攏縫焊接過(guò)程中（包括焊后焊縫溫度冷卻至環(huán)境溫度）相對(duì)于合攏縫焊接前的變化即為座環(huán)的變位。監(jiān)測(cè)過(guò)程中以座環(huán)上四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值的變化情況，以及座環(huán)圓度在合攏縫焊接前、后的變化情況來(lái)反映座環(huán)的變位情況。四測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)變化量為各次測(cè)量的平均值與初始值的差值。     4. 監(jiān)測(cè)結(jié)果     對(duì)4^#機(jī)壓力鋼管下平段合攏縫焊接過(guò)程中座環(huán)變位的監(jiān)測(cè)共進(jìn)行了705次測(cè)量，對(duì)公共測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了 244次測(cè)量。     4.1 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)初始值   表1  各監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)初始值             單位：mm 點(diǎn)號(hào) 監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)初始值 環(huán)境溫度 備注   X_i Y_i Z_i     P1 -7479.1 -9112.1 -18211.0 16.5℃   P2 -2262.4 -12219.2 -18220.1     P3 -1224.8 -18530.5 -18215.9     P4 -8282.3 -22615.0 -18217.7           4.2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果的綜合情況                表2  各監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)變化情況                 單位：mm

點(diǎn)號(hào) 坐標(biāo)軸 坐標(biāo)變化量 環(huán)境溫度 備注     最大值 最小值 變化范圍     P1 X Y Z 0.6 -0.4 -0.4～0.6 9.1℃～19℃ 坐標(biāo)變化量為各次測(cè)量的平均值與初始值的差值。     0.6 -0.5 -0.5～0.6         0.6 -0.3 -0.3～0.6     P2 X Y Z 0.2 -0.4 -0.4～0.2         0.4 -0.5 -0.5～0.4         0.7 -0.3 -0.3～0.7     P3 X Y Z 0.2 -0.6 -0.6～0.2         0.7 -0.5 -0.5～0.7         0.8 -0.2 -0.2～0.8     P4 X Y Z 0.5 -0.3 -0.3～0.5         0.6 -0.5 -0.5～0.5         0.8 -0.3 -0.3～0.8    

    4.3 4^#機(jī)座環(huán)上環(huán)板的圓度測(cè)量結(jié)果                  表3 4^#機(jī)座環(huán)上環(huán)板的圓度測(cè)量數(shù)據(jù)表         單位：mm    檢測(cè)項(xiàng)目 實(shí)測(cè)結(jié)果 備注 4^#機(jī)座環(huán)上環(huán)板的圓度 合攏縫焊前 2.3     合攏縫焊后 2.5       5、監(jiān)測(cè)結(jié)論     （1）公共測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，在監(jiān)測(cè)全過(guò)程中公共測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值的變化量均在測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差范圍之內(nèi)，可以認(rèn)為在監(jiān)測(cè)全過(guò)程中測(cè)站的位置沒(méi)有發(fā)生變化，且測(cè)量系統(tǒng)狀態(tài)正常。     （2）通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以認(rèn)為：四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值的變化量均未超出“廠壩（綜）[2001]第109號(hào)文”所要求的±1.0mm的允許范圍。     （3）4^#機(jī)座環(huán)上環(huán)板的圓度在合攏縫焊接前、后無(wú)明顯變化。