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

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三峽工程4^#機壓力鋼管在設(shè)計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約束條件下施焊，高強度大厚板壓力鋼管在強約束條件下施焊，會產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力和變形。為了保證機組安裝質(zhì)量，三峽總公司廠壩（綜）[2001]第109號文要求：在合攏縫施焊過程中，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，是否會因焊接應(yīng)力的影響，對座環(huán)產(chǎn)生較大的拉動作用，使座環(huán)變位，造成機組中心出現(xiàn)較大的偏差。受業(yè)主委托，組成檢測組，對4^#機壓力鋼管下平段合攏縫焊接施工全過程中對座環(huán)進(jìn)行實時監(jiān)測。

    監(jiān)測采用工業(yè)三坐標(biāo)測量系統(tǒng)TCA2003（瑞士Leica），測量系統(tǒng)由主機、便攜電腦、測量目標(biāo)（反射片或棱鏡）、數(shù)據(jù)線等四部分構(gòu)成。測量精度：測角0.5″；測距近距離（100m內(nèi)）優(yōu)于0.5mm。     測量系統(tǒng)主機通過對測量目標(biāo)的測量得到測量目標(biāo)所在點的三維坐標(biāo)（即測量數(shù)據(jù)），電腦通過軟件采集測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行坐標(biāo)系的生成與轉(zhuǎn)換，最后通過分析計算得到所需的測量結(jié)果。     工業(yè)三坐標(biāo)測量系統(tǒng)是通過建立幾何模型將檢測項目轉(zhuǎn)化成空間點、線、面的相互關(guān)系，確定測量點的數(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)行分析計算，得到測量結(jié)果。     2、監(jiān)測過程     2.1 坐標(biāo)系：     以機組軸線為坐標(biāo)系的X軸且正方向指向左岸，以上下游方向為Y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)原點位于廠房4^#機上游墻面消防栓部位。     2.2 監(jiān)測點：     在座環(huán)上環(huán)面布置四個監(jiān)測點P1、P2、P3、P4，并將其固定，監(jiān)測點位置及點號如圖1所示。 圖1 監(jiān)測點布置示意圖     2.3 監(jiān)測時間：     2001年11月17日（合攏縫焊接前）對4^#機座環(huán)上環(huán)板的圓度進(jìn)行了檢測。     2001年11月22日21:00至12月2日15:00，即開始焊接前進(jìn)行的第一次測量（座環(huán)變位監(jiān)測的初始值）至焊接完畢(焊縫溫度冷卻至環(huán)境溫度)后進(jìn)行的最后一次測量。     2001年11月22日23:00起，每間隔4小時測量一次。     2001年12月2日下午（合攏縫冷至環(huán)境溫度）對4^#機座環(huán)上環(huán)板的圓度進(jìn)行了檢測。     2.4 測量結(jié)果準(zhǔn)確性的保證措施：     （1）將測量主機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），以保證在整個監(jiān)測過程中所有監(jiān)測數(shù)據(jù)在同一測站內(nèi)；在廠房的上下游墻壁上布置5個公共測點，每次對監(jiān)測點P1、P2、P3、P4進(jìn)行測量時，同時對5個公共測點也進(jìn)行測量，通過比較5個公共測點相對于其原始值變化情況以核查全站儀的測站是否發(fā)生變化。     （2）測量時根據(jù)白天、夜晚溫度變化的實際情況來調(diào)整儀器的溫度修正值以減小溫度對測量系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差。     （3）對監(jiān)測點及公共測點進(jìn)行雙面測量以減小系統(tǒng)的軸系誤差，對每個監(jiān)測點還進(jìn)行3次循環(huán)測量取其平均值以減小視覺偶然誤差。     2.5 監(jiān)測數(shù)據(jù)的記錄與保存：     （1）對所有監(jiān)測點采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)記錄格式，在便攜式電腦中對原始測量數(shù)據(jù)備份保存。     （2）每次測量完畢，及時將測量數(shù)據(jù)手工輸入《壓力鋼管下平段合攏縫焊接過程中座環(huán)變位監(jiān)測記錄表》。     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個測量點，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）分別對這16個測點進(jìn)行了測量，對測得的兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行圓擬合，計算出合攏縫焊接前、后座環(huán)的圓度。     3.2 座環(huán)變位：     座環(huán)上各點的三維坐標(biāo)值在合攏縫焊接過程中（包括焊后焊縫溫度冷卻至環(huán)境溫度）相對于合攏縫焊接前的變化即為座環(huán)的變位。監(jiān)測過程中以座環(huán)上四個監(jiān)測點的三維坐標(biāo)值的變化情況，以及座環(huán)圓度在合攏縫焊接前、后的變化情況來反映座環(huán)的變位情況。四測點坐標(biāo)變化量為各次測量的平均值與初始值的差值。     4. 監(jiān)測結(jié)果     對4^#機壓力鋼管下平段合攏縫焊接過程中座環(huán)變位的監(jiān)測共進(jìn)行了705次測量，對公共測點進(jìn)行了 244次測量。     4.1 各監(jiān)測點坐標(biāo)初始值   表1  各監(jiān)測點坐標(biāo)初始值             單位：mm 點號 監(jiān)測點坐標(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)測點監(jiān)測結(jié)果的綜合情況                表2  各監(jiān)測點三維坐標(biāo)變化情況                 單位：mm

點號 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^#機座環(huán)上環(huán)板的圓度測量結(jié)果                  表3 4^#機座環(huán)上環(huán)板的圓度測量數(shù)據(jù)表         單位：mm    檢測項目 實測結(jié)果 備注 4^#機座環(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)測結(jié)論     （1）公共測點的測量數(shù)據(jù)顯示，在監(jiān)測全過程中公共測點的三維坐標(biāo)值的變化量均在測量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差范圍之內(nèi)，可以認(rèn)為在監(jiān)測全過程中測站的位置沒有發(fā)生變化，且測量系統(tǒng)狀態(tài)正常。     （2）通過對監(jiān)測點測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，可以認(rèn)為：四個監(jiān)測點的三維坐標(biāo)值的變化量均未超出“廠壩（綜）[2001]第109號文”所要求的±1.0mm的允許范圍。     （3）4^#機座環(huán)上環(huán)板的圓度在合攏縫焊接前、后無明顯變化。