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，常會遇到懸空高掛的管道，由于高空工作空間狹小，機具設備很難就位，現場動態因素很難掌控，給管道的焊接施工帶來很大困難，對焊接質量也造成嚴重影響。在本次“跨錦江鋼管拱橋”安裝工程中，焊縫就一度產生焊接裂紋。

2. 結構形式

本工程鋼管結構為斜拉鋼索橫跨式，橫跨河面水平距離近80m，高懸于河面近40m（見圖1），規格是φ630mm×20mm，鋼號是Q345+304復合鋼。管內介質為農夫山泉水源生產水，生產壓力為1.6MPa。

3. 裂紋產生原因分析

（1）裂紋產生的狀況 采用焊條電弧焊方法打底焊接奧氏體不銹鋼，焊完后未發現裂紋，填充層采用焊條電弧焊焊接碳鋼，當第一根焊條焊完后就出現了裂紋，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合鋼，奧氏體不銹鋼的導熱系數約為碳鋼的1/3，線膨脹系數約比碳鋼大50%，因此，奧氏體不銹鋼焊后產生的焊接應力大于碳鋼。當碳鋼填充層焊縫在冷卻到某一臨界值時就會被奧氏體不銹鋼焊層受熱而釋放出來的焊接拉應力拉裂；從裂紋狀況看，裂紋是發生在焊縫中間，從焊縫結晶過程分析，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節，當某種拉應力有足夠大時就會被拉裂。在焊接工藝評定制作中未發現這種現象，我們根據管道的空中結構分析，這種“足夠大的拉應力”是懸掛鋼管的自重而產生的（鋼索斜拉點不是根據每根鋼管的重心設置）。

圖 1

綜合分析得知：產生裂紋的拉應力有兩種，一是焊接拉應力；二是結構拉應力。根據焊接工藝評定制作和現場施工過程分析，我們認為結構拉應力是產生裂紋的主要原因。

4. 工藝措施

本鋼管產生的焊接裂紋基本屬于冷裂紋，根據焊接冷裂紋的產生機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，以克服結構拉應力的影響，如圖2所示。

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

第三，采用多層焊（低熱輸入）、對稱焊、同方向焊、連續焊的工藝來控制焊縫因周向受熱不平衡、不連續而產生的淬硬傾向及焊接應力，如圖3所示，焊接參數如附表所示。

第四，J507焊條經400℃烘焙1h，A307焊條經300℃烘焙1h，隨保溫筒帶至現場，焊縫兩側20mm處打磨出金屬光澤，以控制殘余擴散氫的產生。

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

注意：焊后緩冷絕對不能采用汽油浸泡麻繩法，因為焊后用此方法就相當是油淬熱處理，反而淬硬傾向更為嚴重。

圖 2

圖 3

焊接參數

5. 焊后檢測

第一條焊縫焊完后24h進行100%超聲探傷（工作空間狹小很難進行射線探傷），未發現裂紋現象，焊縫探傷質量等級均達到Ⅱ級以上。剩余焊縫均按圖樣要求進行超聲探傷，質量等級均達到Ⅱ級以上，并一次性通過試壓檢驗。

6. 結語

通過采用馬鞍型筋板加固的焊接工藝有效地控制了結構應力（自重）對焊接裂紋的影響；采用汽油浸泡麻繩預熱加溫的焊接工藝有效地解決了高空狹小空間預熱的難題。

哈焊所海工裝備焊接工程實驗室在中集海工院揭牌

2015年9月18日，中集來福士與哈焊所技術合作協議簽約暨中集來福士-哈焊所海工裝備焊接工程實驗室揭牌儀式在中集海工研究院舉行。煙臺市副市長徐少寧，市政協副主席、區工委書記劉洪波，哈爾濱焊接研究所所長何實，市科技局局長許前東，中集來福士副總裁王建中參加了揭牌儀式。

根據合作協議，實驗室成立后，將滿足煙臺裝備制造業對先進焊接技術，特別是海洋工程鋼結構焊接技術及新工藝應用、焊接自動化裝備、高效優質焊接新材料、激光焊接與切割、焊接結構安全及評定、無損檢驗及自動化生產線等方面的需求。

（本刊訊）

唐麟，武漢光谷建設投資有限公司；明瑞云，浙江中南智能科技有限公司。