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廣州市西江引水工程線路長,輸水鋼管直徑大,吊裝難度大,焊接質量要求高。施工過程中采用輪胎式汽車起重機吊裝,現場溝槽內焊接鋼管采用管道手工電弧焊接工藝及半自動焊接工藝,取得了成功。詳細介紹了管道焊接工藝流程及其應注意的要點。

1工程概述

廣州市西江引水工程是廣州市為迎接亞運會、保障供水水源安全并提高供水水質的重點工程,設計規模350萬m3/d,自佛山市三水區西江思賢滘下陳村附近的西江取水,經下陳村取水泵站增壓后,通過2×DN3600管道輸至鴉崗配水泵站。原水在鴉崗配水泵站分配提升,通過DN2400鋼管輸送至廣州市西部白云區的江村水廠(40萬m3/d)、石門水廠(80萬m3/d)和西村水廠(100萬m3/d)。

輸水主干管道采用2×DN3600PCCP并排敷設,部分輸水管道采用1×DN3200或1×DN2800鋼襯鋼筋混凝土壓力管,支管采用2×DN2000或1×DN2400鋼管。所有管道主要以開挖埋管方式敷設,跨河涌或過道路部分采用頂管施工。引水規模及所用管材見表1。

在輸水鋼管設計上,管材及配件如下:采用D2420×20直縫焊接鋼管,材質為Q235B;焊條的化學成分、機械強度應與母材相同且匹配,兼顧工作條件和工藝性。該工程鋼管直徑大,焊接質量要求高,必須采取先進可靠的技術措施與施工方法,同時由于采用開挖埋管方式敷設,處于露天焊接作業,必須采取可靠的質量與安全控制措施。該工程大直徑鋼管采用普通電弧焊接技術,焊接施工法總結如下。

2人員及料具準備

大直徑鋼管吊裝與焊接施工前,主要是施工機具與工種的選擇和配備,對于每個焊口,需要配備的施工機具與操作工人數量見表2、表3。

3管道吊裝

該工程輸水管線設計管徑為DN2000與DN2400,在加工廠吊運出廠前必須加設內支撐,運至現場的鋼管不得失圓。每節管道6m內支撐不得少于2道,內支撐采用2條50mm×50mm×5mm角鋼交叉焊接而成。每條角鋼長度與鋼管內徑一致,把角鋼撐入鋼管時,角鋼兩端與鋼管點焊固定,以防止松脫或掉落。鋼管起吊主要采用250kN汽車吊,水平運輸采用200kN平板拖車及80kN汽車配合。裝卸管道的起重機必須具有一定的載重量富余度,嚴禁超負荷或在不穩定的工況下進行起吊裝卸,管道起吊采用兜身吊帶,嚴禁采用穿心吊,起吊索具用柔性材料包裹,避免碰損管道。裝卸過程始終保持輕裝輕放的原則,嚴禁溜放或用推土機、叉車等直接碰撞和推拉管道,不得拋、摔、滾、拖。管道起吊時,管中不得有人,管下不準有人逗留。管材堆放既要考慮方便施工,也要做到不堵塞道路,不影響溝槽邊坡安全。對管道部件、附件、墊片、填料等的清洗和脫脂等工作環節進行檢驗。管道墊層坡度應按設計要求和規范規定施工,可每100m直線管段內抽查3段,不足100m的抽查不少于2段,并作好水平測量記錄。

4管道焊接

4.1焊接工藝流程

鋼管焊接施工工藝流程:準備工作→管口預熱→根焊→熱焊→填充焊→蓋面焊及焊后保溫→表面清理→外觀檢查及修補→管段封堵。

(1)準備工作:焊接設備采用直流電焊機,儀表顯示準確。焊工必須取得所焊項目相應的資格證、上崗證。送絲機應與焊機相匹配。電焊條若包裝不嚴或受潮時,應烘烤至70～80℃,但不能超過100℃。

(2)管口預熱:管口采用中頻加熱法或環形火焰加熱法,預熱后用遠紅外測溫儀或點溫計檢測預熱溫度。在焊接過程中應按焊接工藝規程的要求控制層間溫度。

(3)根焊:焊機地線應盡量靠近焊接區,應用卡具將地線與管表面接觸牢固,避免產生電弧。嚴禁在坡口以外管表面引弧。焊道由兩名焊工同時施焊由2～4名焊工對稱同時焊接。根焊焊完后,應用角向磨光機對缺陷部位進行打磨,直至不存在缺陷為止。應在根焊完成后拆卸和移動內對口器。移動內對口器時,管道應保持平穩。采用外對口器時,在根焊完成50%后方可拆卸。

(4)熱焊:熱焊應采用2名電焊工各在管道兩側對稱同時焊接。相鄰兩層焊道的接頭應錯開20mm以上。熱焊焊完后,應由2人各在管線一側用砂輪機清理熔渣。

(5)填充焊:填充焊的遍數應按焊接工藝規程執行。采用2名電焊工各在管道一側對稱同時焊接,每遍焊接的焊工和位置宜固定不變。相鄰兩層焊道的接頭應錯開20mm以上。采用半自動焊時,焊絲每次引弧前,應將端部去除約10mm,引弧時焊絲長度不宜太長。填充焊焊完后,應由2人各在管線一側用砂輪機清理熔渣。

(6)蓋面焊及焊后保溫:蓋面焊時,應由2名電焊工各在管道一側對稱同時焊接,焊接厚度為1.5～2mm。相鄰兩層焊道的接頭應錯開20mm以上。

(7)焊后保溫:對于大管徑鋼管道,當環境溫度低于5℃時,應采取焊后保溫措施,防止焊道急驟降溫。焊后先不打掉藥皮,這樣可起到焊道緩冷,待焊道冷卻后再敲掉藥皮,把焊道清理干凈。焊道完成后應立即采取保溫緩冷措施,保溫材料可用毛氈和石棉被,保溫時間0.5h以上。

(8)表面清理:蓋面焊焊完后,對于不要求焊后緩冷的焊道,應將藥皮、飛濺物等清理干凈。

(9)外觀檢查及修補:清理后應迅速檢查焊縫外觀質量,若缺陷超標,應趁焊口溫度未降,及時修補。

(10)管段封堵:對已組焊的管段,每天收工前或工休超過2h時,管口應做臨時活動封堵。預留溝下連頭的管口應將盲板點焊封堵。

該管道為水平敷設,焊口基本都采用水平固定口焊接。但由于部分地段基槽有一定的坡度與高差,甚至局部有管內底標高突變或管徑不等,因而部分要采用傾斜固定管口焊接,局部要采用垂直固定管口焊接措施。

4.1.2焊接工藝

4.2.1.1水平固定口焊接

組對時,管道軸線必須找正,以免形成彎折的接頭;同時考慮到焊縫冷卻時會引起對口間隙的收縮,所以對較大直徑的管道,有必要于焊接前使平焊部位的對口間隙大于仰焊部位。在施工現場,都是不帶墊圈的X形坡口對接焊,焊接方法為兩半法焊接。施焊程序:仰焊→立焊→平焊,此法能保證鐵水和熔渣很好地分離,透度比較容易控制。它是沿垂直中心線將管道截面分成相等的兩半各進行仰、立、平三個位置的焊接。在仰焊及平焊處形成2個接頭。首先,對正點焊焊口,在仰焊縫的坡口邊上引弧至焊縫間隙內,用長弧烤熱起焊處(時間3～5s)。

預熱以后,迅速壓短電弧熔穿根部間隙施焊,在仰焊至斜仰焊位置運條時,必須保證半打穿狀態;至斜立焊及平焊位置,可運用頂弧焊接。

為了便于仰焊及平焊接頭,焊接前一半時,在仰焊位置的起焊點及平焊部位的終焊點都必須超過管道的半周(超過中心線5～10mm)。為了使根部透度均勻,焊條的仰焊及斜仰位置時,盡可能不作或少作橫向擺動,而在斜立焊及立焊位置時,可作幅度不大的反半月形橫向擺動。當運條至點焊縫接頭處,應減慢焊條的前移速度,以便熔穿接頭處的根部間隙,使接頭部分能充分熔透。當運條至平焊部位時,必須填滿深池后才熄弧。在焊接環形焊縫的最后一半時,運條方法基本與前一半相同,但運條至仰焊及平焊拉接頭處時,必須多加注意。

其他各層也多采用分兩半進行仰焊→立焊→平焊的施焊方法。必須注意以下幾點:為了消除底層焊縫中存在的隱蔽缺陷,在其外層焊縫施焊時,應選用較大電流值,并適當控制運條,達到既不產生嚴重咬邊又能熔化掉底層焊縫中隱蔽缺陷的目的。為了使焊縫成型美觀,當焊接外部第二層焊道時,在仰焊部位運條速度要快,使形成厚度較薄,中部下凹的焊縫,平焊部位運條速度應該緩慢,使形成略為肥厚而中央稍有凸起的焊縫。必要時,在平焊部位可以補焊一道焊肉以達到整個環形焊縫高度一致的目的。當對口間隙不寬時,仰焊部位的起焊點可以選擇在焊道中央;如果對口間隙很寬,則宜從坡口的一側起焊。

(1)從焊道中央起焊時的接頭方法:在越過中線10～15mm處引弧預熱,起焊時電弧不宜壓短,需作直線運條,速度稍快,至中線(接頭中心)處開始逐漸做橫向擺動;接頭起焊時電弧較大,運條速度稍快,坡口兩側停留時間比焊縫中央長,接頭處的焊波應該薄些,避免形成焊瘤。

(2)從坡口一側起焊時的接頭方法:起焊和接頭的基本要求與上相似,只是起焊點在坡口的一側,接頭處的焊波是斜交的。

4.2.1.2垂直固定管口焊接

當對口兩側標高突變時,采用垂直固定管口焊接;管徑不等時(錯口),可將直徑較小的管道置在下方,采用垂直固定管口焊接,并且保證沿圓周方向的錯口數值均等;絕對避免偏于一側集中錯口,因為當錯口值很大時,將不能熔透,在根部必然產生咬口缺陷,這種缺陷會由于應力集中而導致焊縫根部破裂。錯口大于2mm時則必須加工,使其內徑相同,加工坡度為1∶5。為了使焊口對正,管道端面應垂直于管道軸線。焊接之前,坡口及其兩側10mm范圍內應清除銹污,直至顯露金屬光澤為止。點焊及焊點的修理都與鋼板橫焊的點焊相似。管徑較大時,需點焊三點或更多的焊點。根部焊接,多層焊接操作同橫焊相同。當焊接直徑較大的管道時,如果沿著圓周連續運條,則變形量較大,必須應用“逆向分段跳焊法”焊接。

4.2.1.3傾斜固定管口焊接

這種管道的斜焊方式,可以說是水平固定管焊接和垂直固定管焊接的結合,根部焊接與水平固定管焊接相似;多層焊時,當管道傾角小于45°時,采用垂直固定焊接方法,當管道傾角大于45°時,也可用水平固定管焊接方法。此形式難以獲得美觀的外表,尤其是焊縫接頭處。

分成兩半焊成,由于管道是傾斜的,熔化鐵水有從坡度口上側墜落到下側的趨向,所以在施焊中焊條應該偏于垂直位置。其余注意事項與水平固定管口焊接相同。

多層焊接:當管道傾角小于45°時,可運用多層多道焊,分兩半焊成。每道焊縫運條方式與根部焊接相似,但可略作水平方向的橫向擺動。如果管道傾角大于45°,則可與水平固定管焊接相似,運用單道焊法。但由于橫向擺動幅度較大,為了不使鐵水下墜,焊條于坡口下側停留時間比上側略長。

仰焊及平焊接頭可以按以下方式施焊:

(1)仰焊接頭。起焊點越過管道半周的10～20mm,橫向擺動的幅度自仰焊至立焊部位越來越小。在接近平焊處擺幅度增大。為了防止熔化鐵水偏墜,折線運條方向也需隨之改變。

(2)平焊接頭。平焊接頭比仰焊接頭容易操作,為了防止咬邊,應選用較小電流,焊條于坡口上側停留時間略長。

4.3焊口檢驗及返修

焊口檢驗及返修工序流程:提交焊口檢測申請表→無損檢測→返修通知→缺陷的清除→預熱→返修焊接→復探。

在焊口外觀質量檢查合格后,應向監理方提交焊口檢測申請表;無損檢測施工方應按相應標準對焊口進行無損檢測。返修通知無損檢測中發現缺陷超標的焊口,由監理方向施工方下達返修通知,并應由雙方負責人簽字認可。

按返修通知單找出不合格焊口,并確定缺陷位置;應用砂輪機、碳弧氣刨或其他方法清除缺陷,并修磨出便于焊接的坡口形狀。坡口及周圍25mm內應露出金屬光澤。在返修前應按焊接工藝規程要求對返修處進行焊前預熱,宜采用火焰加熱器。返修焊接前必須了解返修焊條的特性,需烘干的焊條必須按要求烘干,并應填寫烘干記錄。返修焊接應采用直流電源,在達到焊接溫度后,進行返修焊接,每處返修的焊縫長度應大于50mm。

5結語

廣州市西江引水工程線路長,輸水鋼管直徑大,焊接質量要求高,施工過程中采取了上述技術方法與措施,雖然剛開工試焊時出現少量的返工,但大部分還是成功的。安裝施工時,焊縫采用100%有記錄的超聲波探傷,每條焊縫作10%的X射線檢驗,每條焊縫最低點為必測點,其他點為隨機選測(均勻分布在焊縫圓周)。經過檢驗,分別達到焊縫Ⅱ級(超聲波探傷)和焊縫Ⅲ級(X射線檢驗)的合格標準。說明上述的焊接安裝方法是正確的。

對于大直徑的鋼管,為確保焊接安裝質量,吊運出廠前必須加設內支撐,直至焊接檢驗合格并回填土方至管頂后,才能拆除內支撐。對于長線路的大直徑鋼管吊裝,采用輪胎式汽車吊裝行駛靈活,移動管道方便。在每個管口對接微調時,宜采取適當的幫條焊,焊接前管口應充分預熱。焊接時應由2～4位焊工對稱施焊。