一、前言
繼十三陵、二灘等國內已建工程和三峽、龍灘在建的重大水電工程之后，大型電站輸水壓力鋼管和鋼襯（以下簡稱鋼管）的結構等變化十分明顯，第一：尺寸巨大，長江三峽大壩的管鋼直徑為12.4m，烏江彭水水電站管鋼直徑為14m，超過了國內外已有的大型壓力鋼管尺寸；第二：管壁鋼板強度等級高，500MPa級應用廣泛，600MPa級調質鋼得到了較大范圍的推廣。第三：工程數(shù)量大而建設工期短，制造安裝生產(chǎn)強度高。為了適應這樣的形勢變化，鋼管制造安裝技術在傳統(tǒng)的技術基礎上得到了大的發(fā)展，自動焊接技術在壓力鋼管制造中得到了較為廣泛的運用，大型專用施工設備在壩內鋼管安裝中發(fā)揮了重要的作用，相對而言，由于施工空間的限制，大型鋼管在洞內埋管方面受到限制，通常的運輸?shù)跹b設備不能發(fā)揮作用，特別對于地處高山峽谷地帶的大型水電工程，鋼管在工地運輸和安裝時存在較大困難，目前的施工方法還過多地依賴于傳統(tǒng)的土法運輸和手工焊接，這些問題將導致施工工期較長并可能在支洞開挖等方面多花費數(shù)以百萬計的費用。因此，針對近期即將大規(guī)模開發(fā)建設的水電站（如瀑布溝、溪洛渡、向家壩、錦屏等）大型洞內鋼管工程的共同特點，結合現(xiàn)代工程的先進技術，研究與之相適應的洞內鋼管制造安裝工藝是十分必要的。
二、國內外相關行業(yè)發(fā)展狀態(tài)
為提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度，國外焊接生產(chǎn)機械化、自動化已達到很高的程度。工業(yè)發(fā)達國家焊接機械化、自動化程度已達到熔敷金屬量的65%以上。氣體保護焊作為高效優(yōu)質節(jié)能節(jié)材的焊接方法在國外已得到廣泛應用，日本在1998年已達到熔敷金屬量的77.6%.國外大型造船廠開始應用的門架式鋼板縱縫拼焊機技術，采用多絲高速埋弧焊工藝，配真空吸盤平臺或電磁平臺，其焊接行程達12m，一次行程可焊板厚為40mm。一些高效優(yōu)質的焊接方法如電子束焊、激光焊、等離子焊、焊接機器人工作站、焊接柔性生產(chǎn)系統(tǒng)、窄間隙焊接技術、雙絲高效氣體保護焊技術等在國內已經(jīng)得到運用，但我國焊接自動化率為熔敷金屬量的約30%-50%，應用的廣度和水平與工業(yè)發(fā)達國家相比尚有一定的差距。
目前，國際上技術先進的重型焊接滾輪架的承載重量達1600T，自動防竄滾輪架的承載重量達800T，采用PLC和高精度位移傳感器控制，防竄精度為±0.5mm。變位機的的承載重量達400T，轉矩可達450KNm?？蚣苁胶附臃D機和頭尾架翻轉機的承載重量達160T。焊接回轉平臺的承載重量達500T。立柱橫梁操作機和門架式的操作機的行程達12m.龍門架操作機的規(guī)格為8m×8m。我國已能生產(chǎn)6m×6m以上大型立柱—橫梁埋弧焊或窄間隙埋弧焊操作機，500T重型滾輪架及重型、輕型自動防竄滾輪架，防竄精度為±1.5mm，100T大型變位機和大、中型翻轉機等。批量生產(chǎn)H型鋼和箱形梁焊接生產(chǎn)線以及各種類型的按用戶需要定制的專用成套焊接設備，并大量采用交流電機變頻調整技術，PLC控制技術和伺服驅動及數(shù)控系統(tǒng)，焊接裝備的自動化程度有了很大的提高，某些操作機還配備了焊縫自動跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。近年來，在厚壁管道生產(chǎn)中，窄間隙MAG焊、窄間隙熱絲TIG焊等工藝的應用范圍日趨擴大，因此為窄間隙設備發(fā)展提供了有利的條件。從600MW鍋爐開始采用了8000噸油壓機壓制汽包筒體瓦瓣片和窄間隙埋弧自動焊工藝焊接筒體縱縫，實現(xiàn)了厚壁長筒節(jié)（單節(jié)長度7000mm，厚度250mm）壓制工藝自動化和焊接工藝高效率化。新型燃氣加熱器和電加熱設備得到廣泛的應用，例如，紅外燃氣加熱器，引射式液化氣加熱器等比傳統(tǒng)的燃氣加熱器提高熱效率30%以上，而且更加安全和方便。
自動控制技術在制造業(yè)中的廣泛應用正在徹底改變傳統(tǒng)制造業(yè)的面貌，其中焊接生產(chǎn)過程的全自動化已成為一種迫切的需求，它不僅可大大提高焊接生產(chǎn)率，更重要的是可確保焊接質量，改善操作環(huán)境。隨著整個制造業(yè)水平的提高，企業(yè)的經(jīng)營理念發(fā)生了很大的變化，高產(chǎn)量已讓位于高質量、勞動密集型已逐步被知識密集型所取代。大量采用自動化焊接專機，生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)已成為一種不可阻擋的趨勢，這同樣也是水電金屬結構專業(yè)發(fā)展的大方向。
繼十三陵、二灘等國內已建工程和三峽、龍灘在建的重大水電工程之后，大型電站輸水壓力鋼管和鋼襯（以下簡稱鋼管）的結構等變化十分明顯，第一：尺寸巨大，長江三峽大壩的管鋼直徑為12.4m，烏江彭水水電站管鋼直徑為14m，超過了國內外已有的大型壓力鋼管尺寸；第二：管壁鋼板強度等級高，500MPa級應用廣泛，600MPa級調質鋼得到了較大范圍的推廣。第三：工程數(shù)量大而建設工期短，制造安裝生產(chǎn)強度高。為了適應這樣的形勢變化，鋼管制造安裝技術在傳統(tǒng)的技術基礎上得到了大的發(fā)展，自動焊接技術在壓力鋼管制造中得到了較為廣泛的運用，大型專用施工設備在壩內鋼管安裝中發(fā)揮了重要的作用，相對而言，由于施工空間的限制，大型鋼管在洞內埋管方面受到限制，通常的運輸?shù)跹b設備不能發(fā)揮作用，特別對于地處高山峽谷地帶的大型水電工程，鋼管在工地運輸和安裝時存在較大困難，目前的施工方法還過多地依賴于傳統(tǒng)的土法運輸和手工焊接，這些問題將導致施工工期較長并可能在支洞開挖等方面多花費數(shù)以百萬計的費用。因此，針對近期即將大規(guī)模開發(fā)建設的水電站（如瀑布溝、溪洛渡、向家壩、錦屏等）大型洞內鋼管工程的共同特點，結合現(xiàn)代工程的先進技術，研究與之相適應的洞內鋼管制造安裝工藝是十分必要的。
二、國內外相關行業(yè)發(fā)展狀態(tài)
為提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度，國外焊接生產(chǎn)機械化、自動化已達到很高的程度。工業(yè)發(fā)達國家焊接機械化、自動化程度已達到熔敷金屬量的65%以上。氣體保護焊作為高效優(yōu)質節(jié)能節(jié)材的焊接方法在國外已得到廣泛應用，日本在1998年已達到熔敷金屬量的77.6%.國外大型造船廠開始應用的門架式鋼板縱縫拼焊機技術，采用多絲高速埋弧焊工藝，配真空吸盤平臺或電磁平臺，其焊接行程達12m，一次行程可焊板厚為40mm。一些高效優(yōu)質的焊接方法如電子束焊、激光焊、等離子焊、焊接機器人工作站、焊接柔性生產(chǎn)系統(tǒng)、窄間隙焊接技術、雙絲高效氣體保護焊技術等在國內已經(jīng)得到運用，但我國焊接自動化率為熔敷金屬量的約30%-50%，應用的廣度和水平與工業(yè)發(fā)達國家相比尚有一定的差距。
目前，國際上技術先進的重型焊接滾輪架的承載重量達1600T，自動防竄滾輪架的承載重量達800T，采用PLC和高精度位移傳感器控制，防竄精度為±0.5mm。變位機的的承載重量達400T，轉矩可達450KNm?？蚣苁胶附臃D機和頭尾架翻轉機的承載重量達160T。焊接回轉平臺的承載重量達500T。立柱橫梁操作機和門架式的操作機的行程達12m.龍門架操作機的規(guī)格為8m×8m。我國已能生產(chǎn)6m×6m以上大型立柱—橫梁埋弧焊或窄間隙埋弧焊操作機，500T重型滾輪架及重型、輕型自動防竄滾輪架，防竄精度為±1.5mm，100T大型變位機和大、中型翻轉機等。批量生產(chǎn)H型鋼和箱形梁焊接生產(chǎn)線以及各種類型的按用戶需要定制的專用成套焊接設備，并大量采用交流電機變頻調整技術，PLC控制技術和伺服驅動及數(shù)控系統(tǒng)，焊接裝備的自動化程度有了很大的提高，某些操作機還配備了焊縫自動跟蹤系統(tǒng)和工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。近年來，在厚壁管道生產(chǎn)中，窄間隙MAG焊、窄間隙熱絲TIG焊等工藝的應用范圍日趨擴大，因此為窄間隙設備發(fā)展提供了有利的條件。從600MW鍋爐開始采用了8000噸油壓機壓制汽包筒體瓦瓣片和窄間隙埋弧自動焊工藝焊接筒體縱縫，實現(xiàn)了厚壁長筒節(jié)（單節(jié)長度7000mm，厚度250mm）壓制工藝自動化和焊接工藝高效率化。新型燃氣加熱器和電加熱設備得到廣泛的應用，例如，紅外燃氣加熱器，引射式液化氣加熱器等比傳統(tǒng)的燃氣加熱器提高熱效率30%以上，而且更加安全和方便。
自動控制技術在制造業(yè)中的廣泛應用正在徹底改變傳統(tǒng)制造業(yè)的面貌，其中焊接生產(chǎn)過程的全自動化已成為一種迫切的需求，它不僅可大大提高焊接生產(chǎn)率，更重要的是可確保焊接質量，改善操作環(huán)境。隨著整個制造業(yè)水平的提高，企業(yè)的經(jīng)營理念發(fā)生了很大的變化，高產(chǎn)量已讓位于高質量、勞動密集型已逐步被知識密集型所取代。大量采用自動化焊接專機，生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)已成為一種不可阻擋的趨勢，這同樣也是水電金屬結構專業(yè)發(fā)展的大方向。