懸掛鋼管焊接工藝

懸掛鋼管焊接工藝

1. 概述

在金屬管道安裝的工程中，常會(huì)遇到懸空高掛的管道，由于高空工作空間狹小，機(jī)具設(shè)備很難就位，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)因素很難掌控，給管道的焊接施工帶來(lái)很大困難，對(duì)焊接質(zhì)量也造成嚴(yán)重影響。在本次“跨錦江鋼管拱橋”安裝工程中，焊縫就一度產(chǎn)生焊接裂紋。

2. 結(jié)構(gòu)形式

本工程鋼管結(jié)構(gòu)為斜拉鋼索橫跨式，橫跨河面水平距離近80m，高懸于河面近40m（見(jiàn)圖1），規(guī)格是φ630mm×20mm，鋼號(hào)是Q345+304復(fù)合鋼。管內(nèi)介質(zhì)為農(nóng)夫山泉水源生產(chǎn)水，生產(chǎn)壓力為1.6MPa。

3. 裂紋產(chǎn)生原因分析

（1）裂紋產(chǎn)生的狀況 采用焊條電弧焊方法打底焊接奧氏體不銹鋼，焊完后未發(fā)現(xiàn)裂紋，填充層采用焊條電弧焊焊接碳鋼，當(dāng)?shù)谝桓笚l焊完后就出現(xiàn)了裂紋，且裂紋在焊縫中間。

（2）原因分析 此鋼管是碳鋼與奧氏體不銹鋼的復(fù)合鋼，奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約為碳鋼的1/3，線膨脹系數(shù)約比碳鋼大50%，因此，奧氏體不銹鋼焊后產(chǎn)生的焊接應(yīng)力大于碳鋼。當(dāng)碳鋼填充層焊縫在冷卻到某一臨界值時(shí)就會(huì)被奧氏體不銹鋼焊層受熱而釋放出來(lái)的焊接拉應(yīng)力拉裂；從裂紋狀況看，裂紋是發(fā)生在焊縫中間，從焊縫結(jié)晶過(guò)程分析，焊縫中間部位是最后冷卻的，因而中間部位是焊縫中的薄弱環(huán)節(jié)，當(dāng)某種拉應(yīng)力有足夠大時(shí)就會(huì)被拉裂。在焊接工藝評(píng)定制作中未發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，我們根據(jù)管道的空中結(jié)構(gòu)分析，這種“足夠大的拉應(yīng)力”是懸掛鋼管的自重而產(chǎn)生的（鋼索斜拉點(diǎn)不是根據(jù)每根鋼管的重心設(shè)置）。

圖 1

綜合分析得知：產(chǎn)生裂紋的拉應(yīng)力有兩種，一是焊接拉應(yīng)力；二是結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力。根據(jù)焊接工藝評(píng)定制作和現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程分析，我們認(rèn)為結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力是產(chǎn)生裂紋的主要原因。

4. 工藝措施

本鋼管產(chǎn)生的焊接裂紋基本屬于冷裂紋，根據(jù)焊接冷裂紋的產(chǎn)生機(jī)理以及本工程懸掛鋼管的具體狀況分析，我們采用以下工藝措施。

第一，在焊縫的受拉面采用

馬鞍形筋板加固，以克服結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力的影響，如圖2所示。

第二，采用汽油浸泡麻繩預(yù)熱加溫的工藝來(lái)控制奧氏體不銹鋼與碳鋼焊后應(yīng)力差的影響，即將φ14mm的麻繩在汽油中浸泡10h左右，在焊縫兩側(cè)各纏繞5圈，然后將操作吊欄移到焊縫上風(fēng)口，用長(zhǎng)約1.5m的火把點(diǎn)燃浸油麻繩進(jìn)行預(yù)熱加溫，麻繩燃燒時(shí)間約20min，溫度近120℃（分別采用柴油和汽油做試驗(yàn)，柴油燃燒后渣礫和油污太多）。

第三，采用多層焊（低熱輸入）、對(duì)稱焊、同方向焊、連續(xù)焊的工藝來(lái)控制焊縫因周向受熱不平衡、不連續(xù)而產(chǎn)生的淬硬傾向及焊接應(yīng)力，如圖3所示，焊接參數(shù)如附表所示。

第四，J507焊條經(jīng)400℃烘焙1h，A307焊條經(jīng)300℃烘焙1h，隨保溫筒帶至現(xiàn)場(chǎng)，焊縫兩側(cè)20mm處打磨出金屬光澤，以控制殘余擴(kuò)散氫的產(chǎn)生。

第五，焊后用兩只噴燈將焊縫對(duì)稱噴烤10min左右，噴烤后用厚50mm、寬500mm的石棉板包住焊縫進(jìn)行緩冷保溫，降低焊接冷卻速度，從而控制淬硬傾向、焊接應(yīng)力及殘余擴(kuò)散氫的產(chǎn)生。

注意：焊后緩冷絕對(duì)不能采用汽油浸泡麻繩法，因?yàn)楹负笥么朔椒ň拖喈?dāng)是油淬熱處理，反而淬硬傾向更為嚴(yán)重。

圖 2

圖 3

焊接參數(shù)

5. 焊后檢測(cè)

第一條焊縫焊完后24h進(jìn)行100%超聲探傷（工作空間狹小很難進(jìn)行射線探傷），未發(fā)現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，焊縫探傷質(zhì)量等級(jí)均達(dá)到Ⅱ級(jí)以上。剩余焊縫均按圖樣要求進(jìn)行超聲探傷，質(zhì)量等級(jí)均達(dá)到Ⅱ級(jí)以上，并一次性通過(guò)試壓檢驗(yàn)。

6. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用馬鞍型筋板加固的焊接工藝有效地控制了結(jié)構(gòu)應(yīng)力（自重）對(duì)焊接裂紋的影響；采用汽油浸泡麻繩預(yù)熱加溫的焊接工藝有效地解決了高空狹小空間預(yù)熱的難題。

哈焊所海工裝備焊接工程實(shí)驗(yàn)室在中集海工院揭牌

2015年9月18日，中集來(lái)福士與哈焊所技術(shù)合作協(xié)議簽約暨中集來(lái)福士-哈焊所海工裝備焊接工程實(shí)驗(yàn)室揭牌儀式在中集海工研究院舉行。煙臺(tái)市副市長(zhǎng)徐少寧，市政協(xié)副主席、區(qū)工委書(shū)記劉洪波，哈爾濱焊接研究所所長(zhǎng)何實(shí)，市科技局局長(zhǎng)許前東，中集來(lái)福士副總裁王建中參加了揭牌儀式。

根據(jù)合作協(xié)議，實(shí)驗(yàn)室成立后，將滿足煙臺(tái)裝備制造業(yè)對(duì)先進(jìn)焊接技術(shù)，特別是海洋工程鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)及新工藝應(yīng)用、焊接自動(dòng)化裝備、高效優(yōu)質(zhì)焊接新材料、激光焊接與切割、焊接結(jié)構(gòu)安全及評(píng)定、無(wú)損檢驗(yàn)及自動(dòng)化生產(chǎn)線等方面的需求。

（本刊訊）

唐麟，武漢光谷建設(shè)投資有限公司；明瑞云，浙江中南智能科技有限公司。