广州市西江引水工程线路长,输水钢管直径大,吊装难度大,焊接质量要求高。施工过程中采用轮胎式汽车起重机吊装,现场沟槽内焊接钢管采用管道手工电弧焊接工艺及半自动焊接工艺,取得了成功。详细介绍了管道焊接工艺流程及其应注意的要点。

1工程概述

广州市西江引水工程是广州市为迎接亚运会、保障供水水源安全并提高供水水质的重点工程,设计规模350万m3/d,自佛山市三水区西江思贤滘下陈村附近的西江取水,经下陈村取水泵站增压后,通过2×DN3600管道输至鸦岗配水泵站。原水在鸦岗配水泵站分配提升,通过DN2400钢管输送至广州市西部白云区的江村水厂(40万m3/d)、石门水厂(80万m3/d)和西村水厂(100万m3/d)。

输水主干管道采用2×DN3600PCCP并排敷设,部分输水管道采用1×DN3200或1×DN2800钢衬钢筋混凝土压力管,支管采用2×DN2000或1×DN2400钢管。所有管道主要以开挖埋管方式敷设,跨河涌或过道路部分采用顶管施工。引水规模及所用管材见表1。

在输水钢管设计上,管材及配件如下:采用D2420×20直缝焊接钢管,材质为Q235B;焊条的化学成分、机械强度应与母材相同且匹配,兼顾工作条件和工艺性。该工程钢管直径大,焊接质量要求高,必须采取先进可靠的技术措施与施工方法,同时由于采用开挖埋管方式敷设,处于露天焊接作业,必须采取可靠的质量与安全控制措施。该工程大直径钢管采用普通电弧焊接技术,焊接施工法总结如下。

2人员及料具准备

大直径钢管吊装与焊接施工前,主要是施工机具与工种的选择和配备,对于每个焊口,需要配备的施工机具与操作工人数量见表2、表3。

3管道吊装

该工程输水管线设计管径为DN2000与DN2400,在加工厂吊运出厂前必须加设内支撑,运至现场的钢管不得失圆。每节管道6m内支撑不得少于2道,内支撑采用2条50mm×50mm×5mm角钢交叉焊接而成。每条角钢长度与钢管内径一致,把角钢撑入钢管时,角钢两端与钢管点焊固定,以防止松脱或掉落。钢管起吊主要采用250kN汽车吊,水平运输采用200kN平板拖车及80kN汽车配合。装卸管道的起重机必须具有一定的载重量富余度,严禁超负荷或在不稳定的工况下进行起吊装卸,管道起吊采用兜身吊带,严禁采用穿心吊,起吊索具用柔性材料包裹,避免碰损管道。装卸过程始终保持轻装轻放的原则,严禁溜放或用推土机、叉车等直接碰撞和推拉管道,不得抛、摔、滚、拖。管道起吊时,管中不得有人,管下不准有人逗留。管材堆放既要考虑方便施工,也要做到不堵塞道路,不影响沟槽边坡安全。对管道部件、附件、垫片、填料等的清洗和脱脂等工作环节进行检验。管道垫层坡度应按设计要求和规范规定施工,可每100m直线管段内抽查3段,不足100m的抽查不少于2段,并作好水平测量记录。

4管道焊接

4.1焊接工艺流程

钢管焊接施工工艺流程:准备工作→管口预热→根焊→热焊→填充焊→盖面焊及焊后保温→表面清理→外观检查及修补→管段封堵。

(1)准备工作:焊接设备采用直流电焊机,仪表显示准确。焊工必须取得所焊项目相应的资格证、上岗证。送丝机应与焊机相匹配。电焊条若包装不严或受潮时,应烘烤至70～80℃,但不能超过100℃。

(2)管口预热:管口采用中频加热法或环形火焰加热法,预热后用远红外测温仪或点温计检测预热温度。在焊接过程中应按焊接工艺规程的要求控制层间温度。

(3)根焊:焊机地线应尽量靠近焊接区,应用卡具将地线与管表面接触牢固,避免产生电弧。严禁在坡口以外管表面引弧。焊道由两名焊工同时施焊由2～4名焊工对称同时焊接。根焊焊完后,应用角向磨光机对缺陷部位进行打磨,直至不存在缺陷为止。应在根焊完成后拆卸和移动内对口器。移动内对口器时,管道应保持平稳。采用外对口器时,在根焊完成50%后方可拆卸。

(4)热焊:热焊应采用2名电焊工各在管道两侧对称同时焊接。相邻两层焊道的接头应错开20mm以上。热焊焊完后,应由2人各在管线一侧用砂轮机清理熔渣。

(5)填充焊:填充焊的遍数应按焊接工艺规程执行。采用2名电焊工各在管道一侧对称同时焊接,每遍焊接的焊工和位置宜固定不变。相邻两层焊道的接头应错开20mm以上。采用半自动焊时,焊丝每次引弧前,应将端部去除约10mm,引弧时焊丝长度不宜太长。填充焊焊完后,应由2人各在管线一侧用砂轮机清理熔渣。

(6)盖面焊及焊后保温:盖面焊时,应由2名电焊工各在管道一侧对称同时焊接,焊接厚度为1.5～2mm。相邻两层焊道的接头应错开20mm以上。

(7)焊后保温:对于大管径钢管道,当环境温度低于5℃时,应采取焊后保温措施,防止焊道急骤降温。焊后先不打掉药皮,这样可起到焊道缓冷,待焊道冷却后再敲掉药皮,把焊道清理干净。焊道完成后应立即采取保温缓冷措施,保温材料可用毛毡和石棉被,保温时间0.5h以上。

(8)表面清理:盖面焊焊完后,对于不要求焊后缓冷的焊道,应将药皮、飞溅物等清理干净。

(9)外观检查及修补:清理后应迅速检查焊缝外观质量,若缺陷超标,应趁焊口温度未降,及时修补。

(10)管段封堵:对已组焊的管段,每天收工前或工休超过2h时,管口应做临时活动封堵。预留沟下连头的管口应将盲板点焊封堵。

该管道为水平敷设,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与高差,甚至局部有管内底标高突变或管径不等,因而部分要采用倾斜固定管口焊接,局部要采用垂直固定管口焊接措施。

4.1.2焊接工艺

4.2.1.1水平固定口焊接

组对时,管道轴线必须找正,以免形成弯折的接头;同时考虑到焊缝冷却时会引起对口间隙的收缩,所以对较大直径的管道,有必要于焊接前使平焊部位的对口间隙大于仰焊部位。在施工现场,都是不带垫圈的X形坡口对接焊,焊接方法为两半法焊接。施焊程序:仰焊→立焊→平焊,此法能保证铁水和熔渣很好地分离,透度比较容易控制。它是沿垂直中心线将管道截面分成相等的两半各进行仰、立、平三个位置的焊接。在仰焊及平焊处形成2个接头。首先,对正点焊焊口,在仰焊缝的坡口边上引弧至焊缝间隙内,用长弧烤热起焊处(时间3～5s)。

预热以后,迅速压短电弧熔穿根部间隙施焊,在仰焊至斜仰焊位置运条时,必须保证半打穿状态;至斜立焊及平焊位置,可运用顶弧焊接。

为了便于仰焊及平焊接头,焊接前一半时,在仰焊位置的起焊点及平焊部位的终焊点都必须超过管道的半周(超过中心线5～10mm)。为了使根部透度均匀,焊条的仰焊及斜仰位置时,尽可能不作或少作横向摆动,而在斜立焊及立焊位置时,可作幅度不大的反半月形横向摆动。当运条至点焊缝接头处,应减慢焊条的前移速度,以便熔穿接头处的根部间隙,使接头部分能充分熔透。当运条至平焊部位时,必须填满深池后才熄弧。在焊接环形焊缝的最后一半时,运条方法基本与前一半相同,但运条至仰焊及平焊拉接头处时,必须多加注意。

其他各层也多采用分两半进行仰焊→立焊→平焊的施焊方法。必须注意以下几点:为了消除底层焊缝中存在的隐蔽缺陷,在其外层焊缝施焊时,应选用较大电流值,并适当控制运条,达到既不产生严重咬边又能熔化掉底层焊缝中隐蔽缺陷的目的。为了使焊缝成型美观,当焊接外部第二层焊道时,在仰焊部位运条速度要快,使形成厚度较薄,中部下凹的焊缝,平焊部位运条速度应该缓慢,使形成略为肥厚而中央稍有凸起的焊缝。必要时,在平焊部位可以补焊一道焊肉以达到整个环形焊缝高度一致的目的。当对口间隙不宽时,仰焊部位的起焊点可以选择在焊道中央;如果对口间隙很宽,则宜从坡口的一侧起焊。

(1)从焊道中央起焊时的接头方法:在越过中线10～15mm处引弧预热,起焊时电弧不宜压短,需作直线运条,速度稍快,至中线(接头中心)处开始逐渐做横向摆动;接头起焊时电弧较大,运条速度稍快,坡口两侧停留时间比焊缝中央长,接头处的焊波应该薄些,避免形成焊瘤。

(2)从坡口一侧起焊时的接头方法:起焊和接头的基本要求与上相似,只是起焊点在坡口的一侧,接头处的焊波是斜交的。

4.2.1.2垂直固定管口焊接

当对口两侧标高突变时,采用垂直固定管口焊接;管径不等时(错口),可将直径较小的管道置在下方,采用垂直固定管口焊接,并且保证沿圆周方向的错口数值均等;绝对避免偏于一侧集中错口,因为当错口值很大时,将不能熔透,在根部必然产生咬口缺陷,这种缺陷会由于应力集中而导致焊缝根部破裂。错口大于2mm时则必须加工,使其内径相同,加工坡度为1∶5。为了使焊口对正,管道端面应垂直于管道轴线。焊接之前,坡口及其两侧10mm范围内应清除锈污,直至显露金属光泽为止。点焊及焊点的修理都与钢板横焊的点焊相似。管径较大时,需点焊三点或更多的焊点。根部焊接,多层焊接操作同横焊相同。当焊接直径较大的管道时,如果沿着圆周连续运条,则变形量较大,必须应用“逆向分段跳焊法”焊接。

4.2.1.3倾斜固定管口焊接

这种管道的斜焊方式,可以说是水平固定管焊接和垂直固定管焊接的结合,根部焊接与水平固定管焊接相似;多层焊时,当管道倾角小于45°时,采用垂直固定焊接方法,当管道倾角大于45°时,也可用水平固定管焊接方法。此形式难以获得美观的外表,尤其是焊缝接头处。

分成两半焊成,由于管道是倾斜的,熔化铁水有从坡度口上侧坠落到下侧的趋向,所以在施焊中焊条应该偏于垂直位置。其余注意事项与水平固定管口焊接相同。

多层焊接:当管道倾角小于45°时,可运用多层多道焊,分两半焊成。每道焊缝运条方式与根部焊接相似,但可略作水平方向的横向摆动。如果管道倾角大于45°,则可与水平固定管焊接相似,运用单道焊法。但由于横向摆动幅度较大,为了不使铁水下坠,焊条于坡口下侧停留时间比上侧略长。

仰焊及平焊接头可以按以下方式施焊:

(1)仰焊接头。起焊点越过管道半周的10～20mm,横向摆动的幅度自仰焊至立焊部位越来越小。在接近平焊处摆幅度增大。为了防止熔化铁水偏坠,折线运条方向也需随之改变。

(2)平焊接头。平焊接头比仰焊接头容易操作,为了防止咬边,应选用较小电流,焊条于坡口上侧停留时间略长。

4.3焊口检验及返修

焊口检验及返修工序流程:提交焊口检测申请表→无损检测→返修通知→缺陷的清除→预热→返修焊接→复探。

在焊口外观质量检查合格后,应向监理方提交焊口检测申请表;无损检测施工方应按相应标准对焊口进行无损检测。返修通知无损检测中发现缺陷超标的焊口,由监理方向施工方下达返修通知,并应由双方负责人签字认可。

按返修通知单找出不合格焊口,并确定缺陷位置;应用砂轮机、碳弧气刨或其他方法清除缺陷,并修磨出便于焊接的坡口形状。坡口及周围25mm内应露出金属光泽。在返修前应按焊接工艺规程要求对返修处进行焊前预热,宜采用火焰加热器。返修焊接前必须了解返修焊条的特性,需烘干的焊条必须按要求烘干,并应填写烘干记录。返修焊接应采用直流电源,在达到焊接温度后,进行返修焊接,每处返修的焊缝长度应大于50mm。

5结语

广州市西江引水工程线路长,输水钢管直径大,焊接质量要求高,施工过程中采取了上述技术方法与措施,虽然刚开工试焊时出现少量的返工,但大部分还是成功的。安装施工时,焊缝采用100%有记录的超声波探伤,每条焊缝作10%的X射线检验,每条焊缝最低点为必测点,其他点为随机选测(均匀分布在焊缝圆周)。经过检验,分别达到焊缝Ⅱ级(超声波探伤)和焊缝Ⅲ级(X射线检验)的合格标准。说明上述的焊接安装方法是正确的。

对于大直径的钢管,为确保焊接安装质量,吊运出厂前必须加设内支撑,直至焊接检验合格并回填土方至管顶后,才能拆除内支撑。对于长线路的大直径钢管吊装,采用轮胎式汽车吊装行驶灵活,移动管道方便。在每个管口对接微调时,宜采取适当的帮条焊,焊接前管口应充分预热。焊接时应由2～4位焊工对称施焊。