高海拔寒冷地區(qū)壓力鋼管焊接工藝

伍 興

（福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000）

1 概況

1.1 工程概況

西藏拉薩“旁多水利樞紐工程”位于西藏拉薩自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游，距離林周縣直線距離約為25 km。西藏拉薩“旁多水利樞紐工程”主要以防洪灌溉為主，兼顧發(fā)電。在旁多鄉(xiāng)當?shù)赜欣匦?，?gòu)建碾壓式土壩將河截流形成庫容12.3億m3，通過隧洞將將水引至林周縣用于當?shù)氐霓r(nóng)田灌溉；同時從順水流方向山體右側(cè)山體巖石堅固處挖通隧道用于引水發(fā)電，發(fā)電機組總計四臺4萬kW總計16萬kW。

我公司主要負責隧道口連接廠房部位的“引水隧洞壓力鋼管制作安裝工程”，引水隧洞需要安裝壓力鋼管每條支洞壓力鋼管100 m左右，總長近450 m，采用鋼筋混凝土襯砌。主要工作內(nèi)容及其工程量見表1。

表1 壓力管道制作、運輸及安裝工程主要工程量

1.2 旁多水利樞紐工程引水管道的焊接環(huán)境

該工程施工自然環(huán)境：1）海拔4000 m，空氣稀薄，含氧量低；2）氣溫低，冬季漫長；3）晝夜溫差大，8月份溫差在20℃左右；4)多大風，特別是下午，沿著峽谷溝河道方向特別大；5)常年有雪、冰雹氣候，在旁多工地，大雪天氣從冬季一直會持續(xù)到6月份；6）地區(qū)氣候特干燥，但該壓力鋼管工程由于在洞內(nèi)施工，常年有洞內(nèi)滴水，濕度相對較大，冬季洞頂?shù)嗡畠鋈诔伞氨S”狀態(tài)。

西藏旁多水利樞紐工程引水管道鋼管材質(zhì)為Q345C，板厚從δ14 mm～24 mm。由于工期緊，整個冬季包括過年都不間斷連續(xù)施工，壓力鋼管的焊接遇到高寒缺氧的特有困難：①空氣稀薄，含氧量低導致其電弧燃燒不充分，降低了其線能量值和電弧的穩(wěn)定性；②低溫環(huán)境，需采取保證焊接的可靠溫度措施；③晝夜溫差大，增加了冷裂紋傾向和變形。

2 西藏旁多水利樞紐工程焊接工藝

2.1 焊接工藝評定

壓力鋼管制作之前，首先要進行焊接工藝的評定，根據(jù)實驗結(jié)果指導焊接。西藏旁多水利樞紐工程引水管道鋼管材質(zhì)為Q345C，板厚規(guī)格從δ14 mm～24 mm不等。由于Q345C材質(zhì)的焊接運用非常的成熟，在很多電站都有過類似的評定檢測報告，在征得監(jiān)理部同意情況下，用Q345C-δ24鋼板做焊評，從而覆蓋所有的不同板厚規(guī)格的壓力鋼管，經(jīng)監(jiān)理批準實施。同時為了體現(xiàn)高海拔寒冷地區(qū)，影響最大參數(shù)之一“晝夜溫差”的不利影響，所有焊接評定“焊接試板”全部在晚上20:00以后進行焊接。焊接工藝評定嚴格遵照《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范DL／T 5017-2007》要求予以實施，同時嚴格按照設計技術(shù)要求予以實施。

2.1.1 焊接評定組號

表2 焊接評定組號

2.1.2 焊接評定試驗經(jīng)焊接評定試驗成果，焊接試塊所檢項目全部符合

表3 焊接評定試驗成果

NB/T47014-2011《承壓設備焊接工藝評定》標準中的Q345C技術(shù)要求。

2.2 坡口設計與焊接

圖1 δ14～δ24坡口形式示意圖

圖紙設計δ14～δ24坡口形式如上圖（以δ14板厚坡口為例，如上圖1所示）所示，由于坡口設計考慮了如下因素：①對稱坡口，對稱實施焊接，有利于變形控制；②有利于多層多道焊接的實施，特別在在高寒地區(qū)，在保證焊接熔合的情況下，適當降低線能量，從而減少內(nèi)應力，防止冷裂紋產(chǎn)生；③預留2 mm鈍邊和焊縫對接間隙，有益于保證焊接焊透的同時，不至于線能量過大擊穿形成缺陷；④焊縫內(nèi)外兩側(cè)均可進行定位焊接，可以減少定位焊接對變形的影響[1]。

2.3 壓力鋼管的焊接工藝控制

2.3.1 焊工

從事壓力鋼管一、二類焊縫焊接的焊工經(jīng)培訓、考試合格后持證上崗。

2.3.2 焊接材料的管理

1）焊材入庫后須按相應的標準檢查焊條的產(chǎn)品、規(guī)格、型號及外觀質(zhì)量狀況后才可使用。

2）焊接材料放置于通風情況良好、干燥的專設庫房內(nèi)，設專職人員進行焊條的出入庫登記、保管、烘干、發(fā)放、回收。

3）焊條烘焙后在130℃左右的保溫箱內(nèi)保存；一旦發(fā)現(xiàn)焊條藥皮有明顯的裂紋和脫落的，立即停止使用。

4）現(xiàn)場使用的焊條應裝入保溫筒，焊條應該隨取隨用，避免隔夜吸潮。

5）焊工在使用焊條前，應檢查批號及外觀質(zhì)量狀況是否符合要求，避免焊條型號和材質(zhì)不匹配產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。

6）焊接設備、設施應派專人負責管理，并有專業(yè)人員定期進行保養(yǎng)、維護及檢修[2]。

2.3.3 消除焊接殘余應力處理

每道焊縫焊接之后，用裝有圓弧半徑不小于5 mm的圓頭鏟釬在熔敷金屬表面進行錘擊消除應力，同時將焊縫表面藥皮藥渣清除干凈。

2.3.4 定位焊要求

1）定位焊的質(zhì)量要求及工藝措施與正式焊縫相同，同時定位焊接注意對稱定位施焊，從中間開始，分別向兩邊定位，有利于變形量的控制；

2）一、二類焊縫定位焊必須由持有效合格證書的焊工焊接；

3）定位焊縫有一定強度，定位焊位置應距焊縫端部100 m以上，有利于環(huán)縫組對時可以自由微量變形，減少環(huán)縫錯變量，厚度不超過6 mm～8 mm，長度大于100 mm，間距400 mm；定位焊縫應在后焊一側(cè)的坡口內(nèi)。

4）焊接前，焊工應認真檢查定位焊的焊接質(zhì)量，如有缺陷，均應用“碳弧氣刨”清除。

2.4 焊接要求

2.4.1 基本要求

1）風、雨雪、溫度低于5度，或者相對濕度較大時應采取防護措施，旁多水利樞紐工程壓力鋼管制造在全封閉車間完成，安裝在洞內(nèi)完成，可以很好地解決這一問題。

2）正式焊接前，將坡口內(nèi)部其附近兩側(cè)的液體、氧化皮等雜物清除干凈。

3）嚴禁在非焊接部位的母材上引弧、試電流。縱縫焊接時采用引弧板和熄弧板，環(huán)縫焊接時在焊道內(nèi)引弧和熄弧，或采用返回運條技術(shù)。

4）多層多道焊時，將每道的表面的焊渣仔細清理干凈，同時檢查每道焊縫的表面是否存在表面缺陷，自檢合格后進入下到工序，每一焊層，接頭位置錯開25 mm。

5）“V型坡口”或者“X型坡口”，首先應打底焊接，為了保證焊接效率，可采用CO2氣體保護焊接，打底焊接完成后，采用埋弧焊或者手工焊接填滿焊縫至余高0 mm～2.5 mm后，焊道背面“碳弧氣刨”清根后，用砂輪機將氧化皮打磨干凈后再焊接。

6）坡口焊縫打底焊道允許最大厚度為6.0 mm。

7）每層焊縫焊高控制在3 mm～4 mm。

8）焊縫組裝局部間隙過大時，允許在坡口兩側(cè)或單側(cè)作堆焊處理。堆焊要求為：

①嚴禁在間隙內(nèi)填充鋼筋等異物。

②堆焊后，應用砂輪機打磨平整、光滑，達到設計和規(guī)范規(guī)定尺寸，并保持原來坡口的形狀。

9）嚴格按焊接工藝指導書制定的焊接工藝進行焊接，Q345C焊接熱輸入小于40 kJ/cm。一、二類焊縫焊接應作好記錄。

10）焊工具體焊接參數(shù)參考表3執(zhí)行。

表3 手工焊焊接工藝參數(shù)表

3 高海拔地區(qū)焊接總體控制原則

3.1 焊接控制

1）認真做好焊接材料的烘焙、保溫，焊工應“少領勤領”，隨取隨用的原則。

2）焊前，冰、霜應徹底的清除干凈。

3）低于-5℃時，需要將鋼板預熱至20℃以上才可以實施焊接。

4）每一道焊縫，盡可能在一天之內(nèi)焊接完成，以減少高寒地區(qū)晝夜溫差對鋼管焊接的不利影響。同時可以采取措施封住鋼管頂部，鋼管內(nèi)部放置熱源（如電加熱爐）等措施，提高鋼管環(huán)境溫度，消除高寒影響，從而減少焊縫溫差驟降導致產(chǎn)生冷裂紋[3]。

5）每道焊縫焊工編號和鋼管編號要對應管理，并進行記錄，最好是將焊工編號代碼用“樣沖”打在鋼管焊縫上面，以利于跟蹤檢查。

6）現(xiàn)場管理人員要及時跟進，隨時檢查跟蹤焊縫的焊接情況，嚴肅查處不按技術(shù)規(guī)范焊接的焊工，嚴重者，予以退場處理。

7）焊接24小時及時后探傷，發(fā)現(xiàn)問題，并和熟練工人探討，不斷總結(jié)經(jīng)驗并持續(xù)性的改進。

3.2 焊接變形控制

1）首先，焊工應提前進場，以適應高海拔寒冷氣候，同時對焊工進行崗前培訓，認真做好焊接技術(shù)交底工作。

2）彎管、錐管的下料由于是采用數(shù)控切割下料，在下料過程中，由于冷熱交替變形會導致鋼板位移，尺寸發(fā)生改變。為了有效控制鋼板位移產(chǎn)生的尺寸偏差，在下料時，首先用卡具固定鋼板防止鋼板采用數(shù)控切割時位移。

3）高寒地區(qū)，溫差大，焊接變形也大，需偶數(shù)個焊工同時對稱實施焊接。為了有效控制縱縫處的“凹凸”問題，定位或者正式焊接前，先用1.5 m的弧度板檢測焊縫處的弧度，根據(jù)實際情況，決定是先焊接內(nèi)側(cè)還是外側(cè)；

4）下料時，坡口采用“X性坡口”下料。

5）現(xiàn)場安裝環(huán)縫采用手工焊焊接，同時上架4～6名偶數(shù)焊工同時施焊，焊接電流、電壓及其焊接速度同表2.5-1保持基本一致，采用對稱焊焊接，以減少內(nèi)應力及其變形，焊接順序如圖2所示[3]。

圖2 焊接順序示意圖

6）拉薩旁多水利樞紐工程，管徑較大為D5200mm，需要兩個瓦片對接組織而成。在組裝時，鋼管豎立，兩瓦片對稱拼縫，調(diào)圓架調(diào)圓到達設計和規(guī)范要求后，進行對稱定位焊接并進行焊接。

7）加勁環(huán)的變形控制：鋼管沿管口方向豎立，加勁環(huán)水平方向垂直于管壁微角度向下，先焊接加勁環(huán)上部，利于反變形控制加勁環(huán)的垂直度。

4 結(jié)語

該文通過對高海拔自然條件惡劣地區(qū)壓力鋼管制造安裝過程中，有關(guān)壓力鋼管焊縫焊接質(zhì)量的要求：首先是焊工和焊材的嚴格選定，同時需規(guī)范化操作和施工，通過對坡口形式選定，焊接電流、電壓、焊接速度等參數(shù)的控制，以及焊縫的對稱施焊等工藝控制，從而保證壓力鋼管焊縫焊接的質(zhì)量，同時通過對焊縫編碼，使焊縫的焊接質(zhì)量可追溯，從而嚴格規(guī)范操作人員焊接，希望通過該項目的總結(jié)，對高海拔溫差大同類地區(qū)壓力鋼管施工有一定的參考和借鑒。