積水耕地水網地區預制直埋保溫管道焊接工藝

韓春光

中化二建集團有限公司 山西太原 030021

山西汾陽杏花村經濟開發區及周邊村鎮集中供熱擴建項目，采用供水、回水雙線，長度4.2km，高密度聚乙烯外護管硬質聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管管徑DN900（φ920×12/ dn1054×14Q235B）。其中南武度村段、平陶村段途經積水耕地水網地區，南武度村段長度為928m，管道焊口177 道；平陶村段長度為500m，管道焊口96 道。

1 焊接性分析

1.1 Q235B 的化學成分和力學性能

Q235B 母材的化學成分和力學性能分別如表1 和表2 所示。

表1 Q235B 母材化學成分

表2 Q235B 母材力學性能

1.2 焊接環境及工期要求

2021 年國慶期間，山西多地出現持續性強降雨天氣，導致供熱管線路由途經的南武度村、平陶村耕地范圍內長時間有近200～300mm 的積水（圖1）。在水網地帶，因空氣濕度大，對焊材的烘干、保管、使用要求嚴格，而纖維素型焊條比低氫型焊條在同等條件下氣孔產生的傾向小，能夠保證焊接質量。

圖1 供熱管線路由途經的耕地水網地區

另一方面，在水網地帶，吊裝機械無法作業，已經臨近冬季供暖期，在滿足焊縫力學性能的前提下，根據現場條件，必須選擇效率更高的焊接工藝，才能確保汾陽杏花村經濟開發區的如期供暖。

1.3 焊接方法確定

綜合考慮施工現場環境因素（水網地區）、工期、焊接質量等要求，選擇纖維素焊條手工電弧焊下向焊根焊、自保護藥芯焊絲半自動下向焊填充、蓋面工藝相結合的焊接方法。

2 焊接工藝

管道焊接流程如圖2 所示。

圖2 管道焊接流程示意圖

2.1 焊材管理

（1）焊材應符合相應標準要求，焊材質量證明書中應包括以下內容：焊材型號、牌號、規格；批號、數量及生產日期；熔敷金屬化學成分檢驗結果；熔敷金屬對接接頭各項性能檢驗結果；制造廠名、地址；制造廠技術檢驗部門與檢驗人員簽章。

（2）焊材的儲存保管：統一設置焊材庫，配置專職保管員，嚴禁露天存放；焊材應存放在貨架上，離墻、離地的距離不少于300mm，并應分類碼垛，每垛的型號（牌號）、規格、爐批號應一致，庫存期間不得損壞原包裝；纖維素型焊條極易受潮，應注意保管。

（3）焊條的烘干：焊材烘干室應有足夠的焊條、烘干及恒溫存放的烘干箱和恒溫箱，箱上溫度和時間計量器具應經檢定合格，并在有效期內；焊條在包裝不好或受潮的情況下應烘干，烘干溫度為70～80℃，恒溫時間為0.5～1h；烘烤焊條時應注意，不允許烘干溫度和保溫時間不同的焊材同爐烘干，焊材在烘干箱或恒溫箱內應有牌號、規格等標志，以免混淆。

2.2 焊接設備準備

D7- 500(N)逆變半自動多功能焊機采用IGBT 全橋逆變技術，工作頻率達20kHz，特殊的波形控制技術，具有理想的靜外特性曲線及良好的動態響應特性；具有恒流CC、恒壓CV 兩種模式，可進行纖維素焊條下向焊、自保護藥芯焊絲半自動焊的焊接。相關參數如表3 所示。

表3 焊接設備參數

2.3 焊接技術準備

必須嚴格執行正確的焊接工藝和焊接技術要求，應用科學、合理的管理方法，并做好焊接檢驗工作。

（1）認真做好焊接工藝評定（《焊接工藝評定報告》PQR1031）工作；

（2）焊工培訓及焊工考試：確保所有焊工持證上崗，并且確保合格證的有效性、合格證項目（6GX：管對接450固定下向焊）和施焊范圍的一致性；

（3）在焊接前,制定焊接工藝規程，向施工人員下發焊接工藝卡，焊工在焊接過程中應嚴格按焊接工藝進行施焊，焊工在施焊前應了解所采用的焊接工藝、坡口形式、焊條、焊絲型號、焊接電流和電壓等要求；

（4）施工中要協調好焊接、無損檢測、接口保溫三者的關系，合理安排，緊密配合。

2.4 焊材的選擇

（1）纖維素焊條：型號為E6010，質量標準為AWS A5.1。

（2）自保護藥芯焊絲：型號為E71T8- NiJ（牌號JC- 29Ni1），質量標準為AWS A5.29，焊條、焊絲的化學成分見表4。

表4 焊條和焊絲的化學成分（質量分數，%）

2.5 管道下料、坡口加工

管道的下料和坡口加工采用火焰熱加工的方法。

（1）管道切口質量應符合下列規定：切口表面應該平整，無裂紋、重皮、毛刺、凸凹、縮口、溶渣、氧化物、鐵屑物；切口端面應與管道中心線垂直，其偏斜度△不應超過2mm，詳見圖3。

圖3 管道切口示意圖

（2）坡口制備、坡口形式的確定：焊接坡口面上的熱切割硬化層應清除干凈；接頭坡口形式和尺寸的設計原則是盡量減少焊縫的橫截面，在保證焊縫根部全焊透的前提下應盡量減小坡口張開角，縮小坡口寬度，這樣可使焊接在盡可能短的時間內完成；對接接頭采用V 型坡口（帶鈍邊），坡口形式見圖4。

圖4 坡口形式示意圖

對接接頭采用V 型坡口（帶鈍邊），坡口尺寸見表5。

表5 坡口尺寸

2.6 對口

（1）采用專用的外對口器進行管道的對口；

（2）對口前應將坡口表面及附近母材（坡口每側各50mm 范圍）的油、漆、垢、銹等清理干凈，直至發出金屬光澤；

（3）對口時一般應做到內壁齊平，如有錯口，其錯口量不應超過壁厚的10%，且不大于1.2mm；

（4）點焊用的焊接材料、焊接工藝和選定的焊工技術條件應與正式焊接時相同；

（5）點焊或施焊過程中，不得在管子表面引燃電弧試驗電流；

（6）大直徑管道（φ920×12）點固焊時，點固焊不少于3 點。

2.7 焊接環境要求

（1）允許進行焊接操作的最低環境溫度為5℃；

（2）焊接環境風速應不大于8m/ s；

（3）焊接現場應該有防風、防潮、防雨、防雪設施。

2.8 管道焊接

2.8.1 焊接方式

采用纖維素焊條手工電弧焊下向焊根焊＋自保護藥芯焊絲半自動下向焊填充、蓋面相結合的焊接方式為主，局部困難地段如果設備難以到達，可采用相對靈活的手工電弧焊進行焊接。

2.8.2 焊接程序

（1）采用流水作業，分3 個程序層進行，根焊1 層、填充焊1 層、蓋面焊1 層；

（2）每層焊道由2 名焊工（焊工甲、乙）從對接焊縫的最上端向下同時進行焊接，完成一個對接焊縫焊接，焊接順序見圖5。

圖5 焊接順序

2.8.3 纖維素焊條手工電弧焊下向焊根焊

（1）逆變半自動多功能焊機（型號：D7- 500(N)）采用直流反接（DCEP）；

（2）纖維素焊條選用型號E6010、規格φ4.0mm×350mm。

2.8.4 自保護藥芯焊絲半自動下向焊填充、蓋面

（1）逆變半自動多功能焊機（型號：D7- 500(N)）采用直流反接（DCEP）；

（2）自保護藥芯焊絲選用型號E71T8- NiJ（牌號JC- 29Ni1）、規格φ2.0mm，送絲裝置（型號：XG- 90LN）自動送絲。

2.8.5 注意事項

（1）焊接前，采用火焰加熱器或烤把對管口進行均勻預熱，使預熱溫度達到焊接工藝規程要求，預熱溫度≥100℃，預熱寬度為坡口兩側各大于75mm。

（2）管線焊接的預熱溫度大于100℃，層間溫度大于80℃。

（3）預熱后在距管口25mm 處的圓周上用紅外測溫儀均勻測量預熱溫度，保證預熱溫度均勻。預熱時不應破壞預制直埋保溫管的聚氨酯泡沫保溫層及高密度聚乙烯硬質塑料外護管，預熱完畢要立即施焊，以保證焊接所需溫度。

（4）焊道的起弧和收弧處應相互錯開100mm 以上，嚴禁在坡口以外管表面上起弧；焊接前每個引弧點和接頭必須修磨，必須在前一焊層全部完成后，才允許開始下一焊層的焊接。

（5）各焊層應連續焊接，根焊與填充焊間隔小于10min。

（6）根焊完成后，應用角向磨光機清理焊道，將接頭表面的飛濺物、熔渣等清除干凈，方便下層焊道焊接，層間焊道上的焊渣在下一步焊接前應清除干凈。

（7）自保護藥芯焊絲每次引弧前，將端部去除掉約10mm，引弧時焊絲的伸長量為15～25mm。

（8）保證填充焊有足夠的焊層，在蓋面焊前，根據填充情況在立焊部位可增加立填焊，防止焊道余高低于母材。

（9）在鋼管焊接時，應采用臨時管帽進行封堵，防止管內空氣流動過快。

（10）每層焊道焊完后，應將接頭表面的熔渣、飛濺物等清除干凈。認真清渣和打磨突起部分以及表層缺陷，每處修補長度部小于30mm，外觀自檢合格后進行下一層焊道焊接。

（11）焊口完成后應清除表面焊渣和飛濺。

（12）當日不能焊接完成的焊口，在收工前每個焊口必須完成整個焊道的2/ 3 以上。

（13）焊工操作技術要熟練，認真觀察熔化狀態，注意熔池和收尾接頭質量，以避免出現弧坑裂紋。

（14）焊接施工中，每道焊口焊完后，應按規定的標記方法、內容和位置采用記號筆進行標識，應在距離焊縫1m 的位置做標記，并按規定填寫有關原始記錄。

相關焊接工藝參數如表6 所示。

表6 焊接工藝參數

3 焊接檢驗

3.1 焊縫外觀檢驗

（1）焊縫外觀成型均勻一致，焊縫寬度應比外表面坡口寬度每側增加0.5～2.0mm，錯邊量沿周長均勻分布，且不大于1.2mm。

（2）焊縫表面余高在0～2mm 之間，局部不得大于3mm。當焊縫余高超高時，應進行打磨，且打磨時不應傷及母材，并應與母材圓滑過渡。

（3）焊縫及其附近表面不得有裂紋、未熔合、氣孔、夾渣、引弧痕跡，以及有害的焊瘤、凹坑等缺陷。

（4）焊縫外觀經質檢員檢驗合格后，方可委托進行無損探傷。

3.2 無損檢測

（1）所有焊縫進行100%X 射線檢測，合格級別為Ⅱ級。

（2）當存在下列任何情況之一時割除整個焊口重焊：同一部位一次返修不合格；焊口出現裂紋缺陷。

（3）返修焊口預熱：返修時應按照焊接工藝規程的預熱溫度和寬度要求對整個焊口進行預熱，預熱溫度≥100℃。

（4）用電動磨光機對缺陷進行徹底清除，并修磨出便于焊接的坡口形狀，坡口兩側各50mm 處的油污、浮銹等也要清除干凈。

（5）每處返修的焊縫長度不小于50mm。相鄰兩返修處的距離小于50mm 時，按一處缺陷進行返修。

（6）無損檢測合格后，按設計要求進行對接焊縫接口的保溫工作。

4 接口保溫

4.1 保溫接頭

（1）保溫接頭采用電熱熔套＋熱縮帶，其質量要求執行《城鎮供熱直埋管道接頭保溫技術條件》GB/ T38585- 2020。

（2）接頭外護層兩端與保溫管外護層表面的搭接長度不應小于100mm，兩端搭接長度之差不應大于20mm。

（3）電熱熔套電阻絲寬度不低于70mm。

4.2 氣密性試驗技術要求

（1）氣密性檢驗應在接頭外護管冷卻到40℃以下進行。

（2）氣密性檢驗的壓力應為0.02MPa, 保壓時間不應小于2min。壓力穩定后，應采用涂上肥皂水的方法檢查，無氣泡為合格。

5 結論

通過對管道材質的分析，綜合考慮施工環境因素（水網地區）及工期要求，制定了正確合理的焊接工藝并用于施工過程中。通過加強施工管理，嚴格控制各焊接工藝參數，保證了焊接質量，達到事半功倍的目的。

管道焊口焊接一次合格率達到99.3%以上，經過連續3d 的注水、升壓，強度試驗（2.4MPa）和嚴密性試驗（1.6MPa）一次合格。實踐證明，此焊接工藝既保證了質量，又縮短了工期，大大節約了成本，提升了企業的社會美譽度，也為同類型材料及特定環境的施工提供了焊接工藝的數據參考，在同類型施工中具有很好的推廣應用價值。