管道工廠化預制技術在建筑機電安裝中的具體應用

張杰淳

1 管道工廠化預制的準備工作

1.1 建設完善的管道工廠化預制場地

機電設備管道結構形式多樣，既可現場制作又可工廠化預制。其中，工廠化預制作業需建設專門的工作場地并形成完善的功能分區，以便于各項工序的順利開展。預制工廠內包括以下幾個分區。

（1）管材存放區。堆放管材的場地應平整、堅實、不易積水、無地下電纜，并且場地周邊區域內無酸性、堿性物質。同時，為了防止場地內積水，還需設置排水溝。管材擺放前需在場地內設置支墊，如槽鋼支架、枕木等，避免管材直接與地面接觸，從而達到防潮、防銹蝕的效果。管材采用梯形、三角形或者壓縫式碼放，確保足夠的穩定性，并按照材質、規格等分類，做好場地內的材料標識。

（2）下料區。管材多為4 m ～6 m，加工時需根據實際需求進行下料操作，切割出需要的長度。下料區專門為管材下料切割服務，常用切割方式包括氧乙炔氣割、電動砂輪切割等，具體切割方式的選擇取決于管道材質和直徑等因素。

（3）組對焊接區。在預制工廠組對焊接功能區內安裝有多功能組對機頭、移動式滾輪支撐小車以及行走式懸臂焊接小車等設備。組對焊接區適用于具有多道焊縫的長管段的組對焊接，在各種可移動設備的支持下實現連續組對與焊接作業[1]。

（4）無損檢測區。完成焊接的管道需對焊縫開展無損檢測，目的是排除氣孔、夾渣、未焊透以及裂紋等焊接質量缺陷，因此在預制場地內要設置無損檢測功能分區。管道無損檢測主要采用射線探傷技術，因為射線具有強烈的輻射作用，所以要加強無損檢測功能分區的安全管理，在檢測期間做好防護工作。

（5）熱處理區。管道預制中的組對焊接工序易產生殘余應力，對焊接管道的結構穩定性和安全性造成了較大威脅，因此在預制管道時需采用熱處理工藝，在預制場地內設置熱處理區。熱處理的主要作用是消除管道殘余應力，改善其機械性能。

（6）成品管道存放區。這一功能分區主要用于暫時存放焊接加工完成的成品預制管道。在成品管道裝車運輸前要做好保護工作，主要采取管道兩端封口、防雨、防潮、防銹蝕等措施，并對成品管道逐一編號，防止混淆。

1.2 關鍵技術準備

（1）設計交底和圖紙會審。設計交底和圖紙會審是管道工廠化預制的重要技術環節，其目的在于促進預制廠技術人員正確理解機電設備工藝管道的設計意圖，熟悉相關設計規范，并根據圖紙掌握管道預制加工的質量控制要點[2]。另外，預制廠技術人員在圖紙會審階段要檢查管道設計方案的合理性，一旦發現設計缺陷，應向業主方說明相關情況，推進設計變更，消除設計缺陷。

（2）預制管段劃分。預制廠內焊接加工管道時必須考慮后續運輸和安裝的便捷性，因此預制管段的長度不宜過大，如果管段上設計有分支結構，那么應在運輸到安裝現場后再組對焊接。合理劃分預制管段是預制施工中的重要環節，其目的是控制預制管段的長度和結構形態，使預制完成的成品管段便于吊裝、運輸與安裝，降低作業過程中的安全風險。總體而言，預制管段劃分應提高管段的規則性、對稱性，避免出現異形結構。在具體實施過程中可借助建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術構造管段的三維可視化模型，以更好地完成管段劃分工作[3]。

（3）編制作業指導書。管段二次設計過程中要同步編制指導作業書，尤其要對管段的基礎數據做出詳細說明，如管段的長度、管徑、彎頭的彎曲度、管段材質、安裝區域、具體編號以及連接工藝等。預制場地的工作人員要根據這些參數開展作業，編制完成后要進行嚴格的審核，不能出現任何差錯，否則將影響后期的管道制作。

（4）焊接及無損檢查人員資質報驗。管道工廠化預制過程中涉及管道吊裝、焊接等作業內容，而且焊接后還需開展無損檢測[4]。由于這些工作屬于特種作業范疇，因此要求從業者具備相應的資質證書，且證書的有效期必須符合規定，嚴禁特種作業人員無證上崗。管道預制工廠要對焊接、吊裝以及無損檢測人員的資質開展嚴格的審核與報驗，涉及特種作業的設備也要嚴格執行報驗程序，如起重吊車。

1.3 施工材料準備

管道預制工廠以管材和各種管配件（閥門、墊片、法蘭、螺栓等）為基礎材料，所有材料在進場驗收、存儲以及使用過程中都要進行必要的質量檢查，防止將不合格的管材和配件用于管件預制。

（1）進場驗收。供應商提供的管材到廠后需檢查其質量證明資料、出廠日期以及出廠合格證書等，同時還要檢測管道的外觀質量，觀察其是否存在變形、凹陷、氣孔、裂紋等缺陷。通過抽樣檢查的方式檢測管道的壁厚、管徑以及防腐效果等是否滿足質量要求，檢測時要使用合格的工具，防止因工具存在誤差而影響檢測效果。

（2）存儲管理。管道進場后要合理存儲，應將其架設在支架或者木方上，避免直接堆放于地面。管道長期存儲的情況下應暫時密封其兩個端口，防止潮氣或者動物活動污染、銹蝕管道內壁。另外，在存儲管道時還要做出明確標記，記錄材質、規格與編號等基本信息。

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2 建筑機電安裝中的管道工廠化預制流程和技術要點

機電安裝中的管道工廠化預制工序繁多，總體可分為下料、焊接、成品保護3 個核心工段，每個工段內又可細分出多個工序。以下將工段作為管道工廠化預制的管理維度，詳細介紹每一個工段內的技術要點。

2.1 下料工段

（1）原料劃線。根據待預制管件的長度，在管材上劃線，并使用專業的測量工具提高精度。盡可能提高管道利用率，如果一節管道的長度滿足多個管件的下料需求，那么應多次劃線和下料。由于管道在下料過程中會產生一定的長度損失，因此劃線時要考慮損失量，預留足夠的余量。同時，在原料劃線過程中還要同步做好管道的規格、材質等參數標識，所有管段都具有明確的位置要求，不可出現混淆。

（2）切割機加工。管道劃線完成后即可開展切割作業，不同材質和管徑的管道在切割方式上存在差異。例如，碳鋼管道的直徑和壁厚較大，主要采用氣割方式切割下料，而不銹鋼管道通常直徑較小，按照規范要求可采用機械方式切割，如角磨機、電動砂輪機等。氣割下料的精確度較差，機械切割有利于控制下料精度，因此在條件適宜的情況下優先采用機械切割。下料作業還包括在大口徑管道上開孔，有些管道設計方案中需將小口徑管道焊接在大口徑管道上，形成主干和支路的結構形式，此時要在大口徑管道上開孔，并以氣割方式為主。開孔結束后還要處理切割處的坡口，使其形成有效的坡度。工程實踐中主要使用手持電動砂輪機打磨管道的坡口位置，打磨坡口時要根據焊接工藝特點控制好坡度及坡口寬度。

（3）安全管理。無論是機械切割還是氣割，都存在一定的安全風險。例如，電動砂輪機的砂輪片在切割過程中可能會破裂飛濺，因此要求作業人員必須佩戴必要的護具，其中最主要的護具是面罩；氣割中使用的乙炔瓶和氧氣瓶需保持足夠的安全距離，防止泄露后發生氣體爆燃[5]。

2.2 焊接工段

2.2.1 焊接管道的組對施工

直徑較大的碳鋼管道需要使用專門的支架將其架設至一定高度，常用方法是將倒鏈固定在支架上，然后利用倒鏈將大型工藝管道吊起，并調節其高度。還可以使用自制管托將管道支設至施工所需高度，并成不同管節的組對，然后進行管道打底。

2.2.2 焊接施工

（1）檢查管口組對的效果。在焊接前需再次確認管口的組對質量，重點控制坡口鈍邊、坡口間隙、管口頂部以及底部的錯邊量等，確保所有誤差都在合理范圍內。

（2）管口定位焊。在實施滿焊前通過點焊的方式固定管道，定位焊施工時可使用U 型卡輔助管口固定。

（3）根焊。如果管道壁厚較大，在坡口形成后難以一次性焊接到位，應按照從根部到表面的順序逐層施焊。普通的低碳鋼管道在焊接前要進行預熱，主要目的是防止管道在焊接過程中出現裂紋。預熱時的加熱區域位于坡口及焊接部位附近，溫度通常控制在100 ℃～200 ℃（不同管材存在差異）。焊縫的根部焊接可采用多種運條方式，如直線形前后往復運條、“V”字形運條、小鋸齒形運條等，運條方式的選擇取決于作業人員的焊接習慣。以直線形前后往復運條方式為例，其施工要點是焊接時焊條不做橫向擺動，只做直線形前后往復擺動。這種運條方式的優點是焊條可直接深入焊縫根部，以極短的焊接電弧融化焊縫坡口兩側的鈍邊[6]。

（4）填充焊。焊接前先清理根焊時產生的飛濺和熔渣，若焊縫上存在不平整的焊瘤，則應將其打磨平整。填充層焊接的運條方法是橫向擺動，并且擺動幅度略大，擺動方向為坡口一側到另一側，擺動速度較快，防止部分位置焊縫過厚。如果填充層焊接時采用多層焊接的工藝方法，那么焊接時要將每一層上的焊渣徹底清理干凈，必要時使用鋼絲刷清理焊渣，然后在這一基礎面層上繼續施焊。從根部向上填充時，填充層的寬度逐漸增加，當寬度較大時可采用排焊的焊接方法，此時要確保焊道飽滿、均勻，尤其是側邊要充分熔合。

（5）蓋面。蓋面工序直接影響焊縫的美觀性，蓋面焊接的技術要點如下。第一，控制焊條角度。焊條與母材下方的夾角需控制在60°～70°，以便于焊條托住鐵水，防止鐵水下淌。第二，運條方法。管道蓋面焊接時采用斜拉鋸齒的運條方法，焊條在母材兩側稍作停留，中間部位一帶而過，尤其是管道仰焊部位，運條速度要快。第三，避免上側咬邊和焊道中間過厚。在管道蓋面焊接中容易出現焊道中間過厚、上側咬邊的質量缺陷，關鍵是要控制焊接工藝和操作手法[7]。

（6）無損檢測。管道工廠預制要確保其焊接質量100%達標，因此在焊接結束后需全面開展無損檢測，若檢測出焊接缺陷，則需切開焊縫重新焊接。

2.3 成品保護工段

預制管段的成品保護是非常重要的一項工作，成品存儲時要做好防銹、防污染以及分類標識等。預制完成的管段上要標識清楚基本信息，具體包括編號、管道規格以及管道工段等。進行成品保護時，先要將管道內壁清理干凈，尤其是開孔的管道內部會沉積一定量的氣割熔渣，必須做好清理和防腐處理，然后再使用塑料布將管道的兩個端口封堵起來。如果管道上存在法蘭，那么應采用硬防護措施，避免灰塵、雨水污染管道內部。同時，管道存儲時要在其下方支墊木方，并且在木方底部提前鋪設防潮篷布，防止潮氣侵蝕管道外壁。另外，部分管道預制時會提前在管口位置打磨出坡口，運輸至現場后再組對焊接，這是為了降低管道運輸的難度。對于打磨過的管口，在存儲和運輸時也要采取硬圍護，尤其是與閥門焊接的坡口。

3 建筑機電安裝中管道工廠化預制的質量控制要求

3.1 按照規范使用焊條

焊條對管道的焊接質量具有深遠的影響，使用時要保持足夠的干燥度，潮濕的焊條容易引發各種類型的焊接質量缺陷，如飛濺、氣孔等。焊條管理的重點是烘干，借助烘干措施可去除焊條中的水分。在預制工廠中制造加工管道時要規范烘干和存儲焊條，不可將焊條隨意放置在地面上，否則會導致焊條吸水受潮。規范的做法是將焊條保存在專門的焊條保溫桶內，取焊條時打開保溫桶的蓋子，取完后立刻合上蓋子，保證焊條始終處于干燥狀態[8]。

3.2 嚴格控制管道預制的施工條件

管道工廠化預制對環境條件、管道切割以及打磨等都提出了嚴格的技術要求。環境條件方面要求管道預制場應具備防雨、防風、防潮等基本功能，若為封閉式廠房，則施工條件相對較好，防風、防潮效果優異；若作業環境為開放式場地，則雨雪、大風和大霧等氣候條件下不可開展管道預制作業。對于管道切割、打磨以及焊接等關鍵工序，需做到嚴格的工序驗收。

4 結語

管道工廠化預制是機電安裝作業中加工管道的常用方式，在預制過程中要根據圖紙合理劃分管件，編制作業指導書。進入施工階段后，重點做好管道下料、坡口打磨、打底、組對、焊接等關鍵工序，并根據不同的管道材質、管口直徑采取正確的焊接工藝，通過無損檢測技術檢查管道焊縫中的質量缺陷。