大口徑長(zhǎng)距離鋼質(zhì)供水管道焊接防腐施工技術(shù)

黑旭豪，廖兆勇

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

長(zhǎng)距離輸水管道常采用的管道材質(zhì)有鋼管、球磨鑄鐵管(DIP)和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP管)。在大口徑(直徑大于1000mm)的輸水管道中，PCCP管由于自重較大，在野外作業(yè)時(shí)，運(yùn)輸及吊裝需采用大型設(shè)備，施工安裝不便，施工周期長(zhǎng)。鋼質(zhì)管道因具有耐壓性好、柔韌性好、管壁薄、重量輕、運(yùn)輸安裝方便、維修簡(jiǎn)單、維修成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。

1 適用范圍

本工法適用于大口徑鋼質(zhì)供水管道焊接防腐施工，尤其是在管線距離長(zhǎng)、焊接質(zhì)量要求高時(shí)，采用焊條電弧焊+自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝相對(duì)于傳統(tǒng)手工焊在生產(chǎn)效率方面的優(yōu)越性尤為顯著。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 工藝原理

半自動(dòng)焊是指在焊接過(guò)程中送絲由相應(yīng)的機(jī)械自動(dòng)完成，而焊槍的移動(dòng)由人工操作完成的焊接方式，大口徑長(zhǎng)距離鋼質(zhì)供水管道焊接防腐施工工法通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際焊接環(huán)境中對(duì)不同焊接工藝的焊接質(zhì)量和效率進(jìn)行研究，確定了在大口徑鋼質(zhì)供水管道工程中采用焊條電弧焊+自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊的焊接工藝，并明確了在根焊和填充蓋面焊等不同階段的焊接參數(shù)組合。

2.2 施工工藝流程

圖1 大口徑長(zhǎng)距離鋼質(zhì)供水管道焊接防腐施工工藝流程

2.3 操作要點(diǎn)

2.3.1 施工準(zhǔn)備

(1)工藝評(píng)定：在對(duì)鋼管焊接工藝性理論基礎(chǔ)上，進(jìn)行工藝性試驗(yàn)對(duì)比，選擇適合的焊接工藝和參數(shù)。

(2)工作面準(zhǔn)備：與管道有關(guān)的土建工程(管溝開挖或樁基礎(chǔ)及構(gòu)件)須經(jīng)檢查驗(yàn)收合格，且滿足安裝要求，施工臨時(shí)道路已沿管線單側(cè)設(shè)置，施工用柴油發(fā)電機(jī)一用一備。

(3)資源準(zhǔn)備：具備相應(yīng)資質(zhì)的施工人員已組織到位，各種工機(jī)具、材料及設(shè)備已齊備。

2.3.2 布管

(1)采用平板汽車將待安裝管段從堆管場(chǎng)運(yùn)至管溝邊，采用25t汽車吊下管。

(2)在鋪管前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)管材類型、規(guī)格、數(shù)量進(jìn)行驗(yàn)證，并進(jìn)行外觀檢查。管材搬運(yùn)注意輕抬、輕放。管材長(zhǎng)短的調(diào)整，可用氣焊切割，但斷面應(yīng)垂直平整，不應(yīng)有損壞。

(3)下管前，先清除管坑內(nèi)雜物，加固基坑的支撐，排除基坑內(nèi)的積水，然后在平基上彈放管道中線，復(fù)核平基面標(biāo)高。在溝底設(shè)置臨時(shí)工作坑，以便施工人員進(jìn)行管道底部焊縫焊接，工作坑位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，此項(xiàng)工作可在管溝開挖時(shí)同時(shí)完成。

(4)下管安裝作業(yè)中，必須保證溝槽暢通，防止水泡溝槽。雨季施工時(shí)，管線安裝完畢尚未填上時(shí)，一旦遭到水泡，應(yīng)進(jìn)行中心線和管頂高程復(fù)測(cè)，以及外觀檢查，如發(fā)生位移、漂浮、錯(cuò)口現(xiàn)象，作返工處理。

2.3.3 坡口加工

(1)采用砂輪機(jī)、鋼刷修磨坡口，坡口、內(nèi)外表面坡口兩側(cè)25mm范圍內(nèi)應(yīng)清理至顯現(xiàn)光澤，表面無(wú)油污、漆、垢、銹、毛刺等污物。

(2)現(xiàn)場(chǎng)管端坡口加工，宜用坡口機(jī)或自動(dòng)火焰切割機(jī)。采用火焰切割方法，必須用砂輪將氧化層打磨干凈。坡口應(yīng)光滑，尺寸符合要求。

2.3.4 管道組對(duì)

(1)組對(duì)時(shí)，首先嚴(yán)格控制基準(zhǔn)管的安裝，使其高程、中心線等技術(shù)條件達(dá)到設(shè)計(jì)要求，然后方可進(jìn)行其它管道組裝。組對(duì)時(shí)避免采用強(qiáng)力對(duì)口，且應(yīng)保護(hù)鋼管防腐層。組對(duì)完畢經(jīng)過(guò)檢查合格后，即可用混凝土塊、石塊、枕木或砂包將鋼管臨時(shí)固定，經(jīng)檢查固定牢固后，將第二節(jié)管段運(yùn)至安裝位置，以第一節(jié)鋼管為基準(zhǔn)調(diào)整第二節(jié)鋼管的中心和高程，同時(shí)用千斤頂和拉緊器調(diào)整相鄰兩管口的間隙，管口壓縫采用壓馬和楔子板壓縫，壓縫一般從上中心向下分兩個(gè)工作面進(jìn)行，同時(shí)，要注意鋼板錯(cuò)邊和環(huán)縫間隙。

(2)將兩節(jié)鋼管組成大節(jié)后，應(yīng)重新復(fù)核中心線偏差和傾斜度，將第一節(jié)的上、下游管口的幾何中心誤差調(diào)整至5mm以內(nèi)，運(yùn)用中垂線原理，采用水平儀、吊線球、鋼卷尺，便可將焊縫焊死，用混凝土塊或石塊或枕木或砂包將鋼管固定。

(3)采用外對(duì)口器、兩臺(tái)25t吊車配合對(duì)口，對(duì)口時(shí)兩相鄰管的焊縫錯(cuò)開距離不小于300mm，直管管段相鄰環(huán)形焊縫間距不得小于管節(jié)外徑，定位點(diǎn)焊應(yīng)沿管周長(zhǎng)均勻分布，對(duì)口支撐或吊具應(yīng)在完成全部根焊道后方可撤除。

(4)對(duì)口完成后用量器測(cè)量坡口角α=50°～60°、間隙b=2.0mm～4.0mm、錯(cuò)邊≤2.0mm。

(5)清除管內(nèi)、外表面臟物，收工前用盲板封堵。

2.3.5 焊口預(yù)熱

(1)環(huán)境溫度較低、管壁含水較重時(shí)施焊前對(duì)焊縫熱影響區(qū)，用烤槍預(yù)熱，防止產(chǎn)生裂紋。

(2)不同焊接階段的焊接參數(shù)按表1控制，根據(jù)不同的焊接條件適當(dāng)調(diào)整焊接參數(shù)。

表1 不同階段焊接參數(shù)

2.3.6 定位焊

在對(duì)管器的輔助下，定位點(diǎn)焊應(yīng)對(duì)稱施焊，其焊縫厚度與根焊厚度一致。鋼管的縱向焊縫及螺旋焊縫處不得點(diǎn)焊，點(diǎn)焊長(zhǎng)度80mm～100mm，間距不宜大于400mm。

2.3.7 根焊及清理

(1)點(diǎn)焊接頭用動(dòng)力角砂輪打磨，注意不要破壞坡口表面，焊渣、未焊透、金屬氧化物全部打磨干凈。

(2)焊接時(shí)兩名焊工對(duì)稱焊接，運(yùn)條時(shí)將焊條藥皮放在間隙兩側(cè)坡口上壓住直拉向下。如遇到錯(cuò)邊處，電弧稍偏向管壁高的一側(cè)。焊接電流以夠用為原則，使得熔孔較小但可見，通過(guò)焊條的稍微下壓或提升來(lái)控制熔孔的減小和增大。收弧時(shí)要迅速拉斷電弧。

(3)更換焊條時(shí)必須用動(dòng)力角砂輪打磨接頭，注意不要破壞坡口表面。冷接時(shí)重新引弧處應(yīng)在收弧的后方10mm～15mm處，拉長(zhǎng)電弧預(yù)熱片刻，然后壓低電弧燃燒至正常運(yùn)條接頭處，確認(rèn)熔池前端的熔孔后進(jìn)入正常焊接。仰焊部位打底焊終了處兩熔孔結(jié)合時(shí)，不要做頂弧動(dòng)作，按正常焊接速度和運(yùn)條角度焊接，封口處稍作停留，引弧后往前運(yùn)條10mm～15mm將電弧拉長(zhǎng)熄弧即可。

(4)根焊道必須熔透，背面成型良好。

(5)根焊道完成后，用砂輪機(jī)修磨清理根焊道熔渣、飛濺物、缺陷及焊縫凸高，修磨不得損壞坡口形狀。

2.3.8 填充蓋面焊及修補(bǔ)

(1)焊絲每次引弧前，將端部去除約10mm，引弧時(shí)焊絲干伸長(zhǎng)度宜較短。

(2)焊接時(shí)兩名焊工對(duì)稱焊接，從時(shí)鐘12點(diǎn)鐘處兩坡口間引弧。

(3)選用較大的電流和焊接速度，采用直拉技術(shù)，輕微地?cái)[動(dòng)以改善焊道邊緣的熔合情況，電弧指向兩邊打底焊與坡口交界處并在交界處稍作停留。過(guò)多的運(yùn)條動(dòng)作或焊速過(guò)慢會(huì)使熔池溢出、產(chǎn)生氣孔和夾渣等。

(4)在坡口內(nèi)引弧，引弧點(diǎn)和焊道接頭處應(yīng)用砂輪機(jī)打磨。

(5)重新引弧要打磨掉滅弧弧坑處熔渣，在弧坑頂部引弧，稍作停留并輕輕擺動(dòng)直到弧坑填滿。

(6)各層焊道應(yīng)連續(xù)焊接，每層焊道都要刨根徹底。

(7)為保證蓋面焊的良好成形，填充焊層應(yīng)填充(或修磨)至距離管外表面1mm～2mm處為宜，蓋面焊采用擺動(dòng)的方法焊接。

(8)焊接層數(shù)，填充焊3、4遍，蓋面焊1遍。

2.3.9 焊縫檢測(cè)

(1)用肉眼或放大鏡觀察是否有缺陷，如咬邊、燒穿、未焊透及裂紋等，并檢查焊縫外形尺寸是否符合要求。

(2)外觀檢測(cè)合格后每道焊縫探傷均采用超聲波探傷檢驗(yàn)加X射線監(jiān)督抽樣檢驗(yàn)，X射線監(jiān)督抽樣檢驗(yàn)不低于6～8張片(含必須檢測(cè)的丁字縫及管道底部焊縫)。無(wú)損檢測(cè)在焊接完24h以后進(jìn)行。

2.3.10 防腐施工

(1)表面預(yù)處理：鋼材環(huán)焊縫表面補(bǔ)口補(bǔ)傷前，必須進(jìn)行表面預(yù)處理。在預(yù)處理前，鋼材表面的焊渣、毛刺、油脂等污物應(yīng)清除干凈。表面預(yù)處理質(zhì)量，應(yīng)符合施工圖紙的規(guī)定。用砂輪機(jī)人工除銹，質(zhì)量等級(jí)應(yīng)達(dá)到St3.0級(jí)。噴刷后的表面不應(yīng)再與人手等物體接觸，防止再度污染。施噴涂料前，應(yīng)使用鋼刷清除殘留砂粒等雜物。作業(yè)人員應(yīng)帶纖維手套。若不慎用手觸及已清理好的表面，應(yīng)立即用溶劑清洗鋼管表面。

(2)外防腐補(bǔ)傷：首先鏟除已損傷的防腐層，如未漏鐵，按補(bǔ)口的要求進(jìn)行表面預(yù)處理，然后按要求進(jìn)行防腐補(bǔ)傷。

(3)外防腐補(bǔ)口：表面預(yù)處理達(dá)到要求后，先刷冷底油，再用PE膠帶纏繞，與兩端防腐層的搭接寬度大于10mm。

(4)內(nèi)防腐補(bǔ)口：在表面預(yù)處理后，鋼管內(nèi)壁噴涂液體飲用水環(huán)氧涂料，干膜厚度≥400μm。

2.3.11 防腐檢測(cè)

(1)用肉眼或放大鏡觀察是否有缺陷，如搭接寬度、防腐連接、防腐厚度等，并檢查防腐外形尺寸是否符合要求。

(2)用電火花法檢驗(yàn)防腐是否布滿、是否有空隙等質(zhì)量缺陷，如出現(xiàn)缺陷，應(yīng)及時(shí)對(duì)防腐層返修并驗(yàn)收合格。

2.3.12 水壓試驗(yàn)

管道結(jié)合所劃分的標(biāo)段進(jìn)行分段試壓，原則上試壓段長(zhǎng)度不宜大于1.0km，試驗(yàn)管段灌滿水后，宜在不大于工作壓力條件下充分浸泡后再進(jìn)行試壓，浸泡時(shí)間應(yīng)不小于24h。強(qiáng)度試驗(yàn)壓力應(yīng)為工作壓力加0.5MPa，且不小于0.9MPa。

壓力管道水壓試驗(yàn)前，除接口外，管道兩側(cè)及管頂以上回填高度不應(yīng)小于0.5m；水壓試驗(yàn)合格后，應(yīng)及時(shí)回填溝槽的其余部分。

(1)預(yù)試驗(yàn)階段：將管道內(nèi)水壓緩緩地升至試驗(yàn)壓力并穩(wěn)壓30min。期間如有壓力下降可注水補(bǔ)壓，但不得高于試驗(yàn)壓力，檢查管道接口、配件等處有無(wú)漏水、損壞現(xiàn)象，有漏水、損壞現(xiàn)象時(shí)應(yīng)及時(shí)停止試壓，查明原因并采取相應(yīng)措施后重新試壓。

(2)主試驗(yàn)階段：停止注水補(bǔ)壓，穩(wěn)定15min。當(dāng)15min后允許壓力下降不超過(guò)0MPa，將試驗(yàn)壓力降至工作壓力并保持恒壓30min，進(jìn)行外觀檢查若無(wú)漏水現(xiàn)象，則水壓試驗(yàn)合格。

3 工法特點(diǎn)

(1)通過(guò)焊接工藝評(píng)定，確定了鋼質(zhì)供水管道的焊接工藝采用纖維素焊條電弧焊+自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊。

(2)相比傳統(tǒng)焊接工藝，本工法焊接變形小，機(jī)械化程度高，操作簡(jiǎn)單，焊接生產(chǎn)率高，加快了鋼管施工進(jìn)度，同時(shí)降低了焊接缺陷出現(xiàn)的幾率，提高了焊接質(zhì)量。

(3)本工法確定了不同階段的焊接工藝參數(shù)組合，通過(guò)焊接工藝及方法的優(yōu)化后，具有以下特點(diǎn)：①焊縫質(zhì)量驗(yàn)收等級(jí)明顯提高；②飛濺極少，焊后很少出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象，基本不需要清渣，節(jié)省了清理時(shí)間；③焊縫成形美觀，綜合性能好，有效防止未熔合現(xiàn)象。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

在大口徑長(zhǎng)距離鋼質(zhì)供水管道工程中采用纖維素焊條電弧焊+自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊的焊接工藝，相比傳統(tǒng)焊接工藝，焊接變形小，機(jī)械化程度高，操作簡(jiǎn)單，焊接生產(chǎn)率高，大大加快了鋼管施工進(jìn)度，節(jié)約了施工工期和管理成本。

同時(shí)，研究確定了半自動(dòng)焊接工藝在不同階段的焊接參數(shù)組合，通過(guò)焊接工藝參數(shù)優(yōu)化，焊縫質(zhì)量等級(jí)明顯提高，飛濺極少，焊后很少出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象，基本不需要清渣，焊縫成形美觀，綜合性能好，有效防止未熔合現(xiàn)象，降低了焊接缺陷出現(xiàn)的幾率，提高了焊接質(zhì)量，減少了不合格焊縫返工處理造成的成本增加，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.2 社會(huì)效益

采用焊條電弧焊+自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝相結(jié)合的工藝，相比傳統(tǒng)焊接工藝，具有焊接工藝性能好，焊道成型美觀；熔敷速度快、生產(chǎn)率高，可以進(jìn)行連續(xù)半自動(dòng)焊接；合金系統(tǒng)調(diào)整方便，可以通過(guò)金屬外皮和藥芯兩種途徑調(diào)節(jié)熔敷金屬的化學(xué)成分；能耗低；綜合成本低等特點(diǎn)。對(duì)環(huán)境污染小，響應(yīng)了國(guó)家“綠色施工、環(huán)保施工、低碳施工、文明施工”的號(hào)召，在大口徑供水鋼質(zhì)管道焊接防腐施工中，尤其是長(zhǎng)距離管線條件下，社會(huì)效益顯著，值得推廣。

5 應(yīng)用實(shí)例

資中縣城北水資源綜合利用開發(fā)工程——水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)輸水工程，通過(guò)管道和隧洞聯(lián)通了龍江、三星橋、蔡家寺、石橋扁、兩河口、銅馬橋、姜家灣、烏龜山和叫花巖共9座水庫(kù)。

水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)輸水工程A段、B段、C段、D段全程40km，其中隧洞11.2km，埋管28.8km，A段采用雙線輸水模式，B段、C段、D段采用單線輸水模式。埋管采用螺旋焊接鋼管，鋼管管材強(qiáng)度等級(jí)為Q235-B級(jí)。A段、B段、D段主管道管徑采用D1620mm，每條單線的輸水規(guī)模為20萬(wàn)t/d，壁厚有14mm、16mm、20mm等多種規(guī)格，D1620鋼管總長(zhǎng)24206m。C段埋管主管道管徑采用D2420mm，輸水規(guī)模為50萬(wàn)t/d，壁厚有20mm、22mm兩種規(guī)格，D2420鋼管總長(zhǎng)9256m。

采用本工法進(jìn)行鋼管焊接防腐施工，相比傳統(tǒng)焊接工藝，該工法焊接變形小，機(jī)械化程度高，焊接生產(chǎn)率高，大大加快了鋼管施工進(jìn)度。同時(shí)，焊接成型美觀，焊縫質(zhì)量等級(jí)明顯提高，綜合性能好，有效防止未熔合現(xiàn)象，降低了焊接缺陷出現(xiàn)的幾率，提高了焊接質(zhì)量。在施工過(guò)程中無(wú)安全生產(chǎn)事故發(fā)生，得到了政府和業(yè)主的高度認(rèn)可。

6 結(jié)語(yǔ)

資中縣水庫(kù)聯(lián)網(wǎng)輸水工程大口徑長(zhǎng)距離鋼質(zhì)供水管道采用焊條電弧焊+自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可為類似工程施工提供參考。