南水北調(diào)配套保滄干渠工程穿越公路、河道等跨穿段鋼管焊接控制

宋波 劉歡

摘要：南水北調(diào)配套保滄干渠工程采用管道輸水，主體管道采用PCCP預應力鋼筋混凝土管，穿越道路、河道等跨穿工程采用SP鋼管連接，PCCP可靠性能比較高，而SP鋼管則需要進行現(xiàn)場焊接組裝，6米一節(jié)，焊接連成整體，由于施工現(xiàn)場焊接外部環(huán)境復雜，焊接空間限制等因素，導致焊接質(zhì)量不可控，容易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷以及焊接變形，造成安全隱患以及合攏困難，甚至出現(xiàn)漏水情況，因此保證SP管道焊接質(zhì)量對保證整體施工質(zhì)量尤為重要。

關鍵詞：南水北調(diào);公路;河道;鋼管焊接

1 SP管道焊接質(zhì)量缺陷主要有外部缺陷和內(nèi)部缺陷。

外部缺陷指不借助特殊儀器，通過肉眼或者放大鏡從焊縫及工件表面可以看到的缺陷。常見的外部缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷以及焊接變形、表面氣孔、表面裂紋和未焊透等。內(nèi)部缺陷指使用儀器進行無損探傷所能檢測到的缺陷，如氣孔，夾渣，內(nèi)部裂紋等。

1.1具體缺陷類型剖析及防治措施：

1.1.1氣孔：焊接過程中，熔池金屬中的氣體在金屬冷卻以前未能完全逸出，而在焊縫金屬中（內(nèi)部和表面）所形成的孔穴。防治氣孔要清除焊絲、工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分及雜質(zhì)物，采用堿性焊條、焊劑，并徹底烘干，采用直流反接并用短電弧施焊，焊前預熱、減緩冷卻速度。

1.1.2裂紋：在焊接應力及其他致脆因素共同作用下，在焊接金屬熱影響區(qū)（內(nèi)部或表面）所形成的縫隙稱為裂紋。焊縫裂紋中的原子結合遭到破壞，形成新的界面而產(chǎn)生縫隙。裂紋又分為熱裂紋和冷裂紋。熱裂紋發(fā)生于金屬凝固的末期，常發(fā)生于雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼等材料焊縫中，防止熱裂紋要采用含碳量較低的材料進行焊接，采用熔深較淺的焊縫如X型坡口，改善散熱條件使低熔點物質(zhì)上浮在焊縫表面，采用適用的規(guī)范，預熱、后熱，減小冷卻速度。冷裂紋產(chǎn)生于焊后一段時間后，溫度較低的情況下，主要產(chǎn)生于熱影響區(qū)，含氫量和拉應力是冷裂紋產(chǎn)生的兩個重要因素，防止冷裂紋需采用低氫型堿性焊條，嚴格烘干，在100-150℃下保存，隨取隨用;提前預熱母材，采用保溫措施，降低溫差;選擇合適的焊接順序，減少焊接變形和焊接應力;焊接后及時進行消氧熱處理。

1.1.3咬邊：由于焊接參數(shù)如電流等選擇不正確或者焊接操作方法不當，沿著熔合線的母材部位產(chǎn)生的溝槽或者凹陷，是電弧將焊縫邊緣母材融化后沒有得到熔敷金屬的充分補充所留下的缺口。咬邊產(chǎn)生是因為電弧熱量太高，焊條與工件間角度不正確，擺動不合理、電弧過長、焊接次序不合理。咬邊減小了母材的有效截面積、降低了結構的承載能力，還會造成應力集中，發(fā)展為裂紋源。因此焊接過程中要矯正操作姿勢、選擇合理的規(guī)范、采用良好的運行方式可以消除咬邊現(xiàn)象。

1.1.4未焊透：焊接時接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象。未焊透產(chǎn)生的原因主要有：焊接電流小，熔深淺;坡口和間隙尺寸不合理、鈍邊太大;磁偏吹影響;焊條偏芯度大;層間及焊根清理不干凈。未焊透減少了焊縫的有效截面積，是接頭強度下降，還會造成應力集中，降低了焊縫的疲勞強度。因此選擇合適電流焊接是防止未焊透的基本方法，合理設計坡口并加強清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產(chǎn)生。

1.1.5未熔：焊接時，焊道和母材之間未能完全融化結合的部分。未熔合產(chǎn)生主要是因為焊接電流過小，焊接速度過快，焊條角度不對，焊接處于下坡焊位置，母材未熔化時已被鐵水覆蓋，母材表面有污物或者氧化物，影響熔融金屬與母材間的融化結合。未熔合是一種面積型缺陷，減小了承載截面積。因此在施焊時要采用較大焊接電流，正確進行施焊操作，加強坡口部位的清理。

1.1.6夾渣：焊渣殘留于焊縫中，形成焊渣。夾渣產(chǎn)生是由于坡口尺寸設計不合理、坡口有污物、多層焊層間清理不徹底、焊接線能量小、焊縫凝固過快、焊條擺動不良不利于熔渣上浮，夾渣危害與氣孔相似，尤其是帶尖角的夾渣會形成尖端應力集中，形成裂紋源。

1.1.7未焊滿：焊縫表面上連續(xù)的或者斷續(xù)出現(xiàn)低于母材的溝壑。未焊滿同樣減小了承載截面積，因此要加大焊接電流。

1.1.8燒穿：焊接過程中，熔深超過工件厚度，融化金屬自焊縫背面流出形成的穿孔性缺陷。燒穿是不允許的缺陷，它完全破壞了焊縫，使接頭喪失了連接及承載能力，可采用較小電流并配合合適的焊接速度、較小裝配間隙、在焊縫背面加設墊板來防止燒穿。

2 焊接變形分為兩種即對接變形和焊接變形。

在鋼管對接過程中形位尺寸控制極為重要，安裝時每節(jié)鋼管的圓度及圓心必須控制在規(guī)范允許內(nèi)，實踐證明整條鋼管軸線安裝質(zhì)量控制良好的情況下對管線充水時減小震動及噪音有明顯的作用，同時管道軸線安裝良好也是保證順利完成穿越合攏及順利穿過套管的先決條件。

鋼管對接變形控制主要通過水準，準確測量管道對接高程和左右偏差，使安裝控制在理想范圍內(nèi)，然后管底做好支撐，對管道接口對接進行點焊。

在材料一定的條件下，可以調(diào)控的管道焊接變形主要有：1.線能量或單位長度焊條金屬熔敷量W，線能量增大，收縮變形量大，焊條金屬熔敷量W即焊縫截面增大的影響和線能量一致，和收縮變形量lgW成正比;2.根部間隙或坡口，根部間隙或坡口增大，焊條金屬熔敷量W必隨之增大，則收縮變形或橫向收縮增大;3.焊接方法，手弧焊的線能量一般小，埋弧焊的線能量大;4.焊接順序，影響最明顯，應力求熱作用宜分散、均勻、對稱，避免集中熱作用。

3結合工程建設實際，控制焊接變形還需要

（1）為減少焊接變形和收縮應力，定位焊點焊和焊接順序從構件受約束較大的部位開始焊接，向約束較小的部位推進，以便先焊接的部位可以自由收縮，進而減少對結構變形不利的拘束。

（2）改進坡口設計，采用不對稱的X形坡口，不留間隙，內(nèi)縫焊接完成后用用碳弧氣刨清根，使內(nèi)外兩面焊縫的實際面積接近相等，有利于減少變形及降低殘余應力。

（3）改進焊接工藝，采用小范圍焊接，特別是第一層的焊接，增加焊接層次，以此減少焊接變形量，減少鋼管外形尺寸的偏差。

（4）焊縫焊接嚴禁中途中斷，如果因為特殊原因中斷，必須采取防裂措施，重新焊接前將表面清理干凈，確認無缺陷后，按照原工藝繼續(xù)施焊。

同時長距離鋼管安裝焊接根據(jù)一般碳鋼管的熱膨脹公式計算變形量△L=α*L*△t? ?α為管材熱膨脹系數(shù)，L為管道長度，△t為溫差。假如在夏季高溫條件下施焊，鋼管表面溫度可達60℃，以50米長管道計算，管道埋入地下在極端冬季條件下管道溫度為接近0℃，管道收縮變形△L=α*L*△t=0.012*50*（-60）=-36mm， 在本工程中鋼管與PCCP管道是柔性連接，內(nèi)縫寬度控制為25mm，如此大的收縮變形也是不允許的，可見控制管道焊接外部的焊接環(huán)境溫度也尤為重要。

參考文獻：

[1]齊浩. 南水北調(diào)配套工程穿越施工分類及質(zhì)量安全控制要點[J]. 河南水利與南水北調(diào)， 2014（19）：44-45.

（作者單位：河北供水有限責任公司）