高海拔寒冷地區(qū)不銹鋼壓力管道焊接工藝

  浙江至德鋼業(yè)有限公司以西藏旁多水利樞紐工程為實(shí)例，主要研究了海拔4000m左右晝夜溫差極大地區(qū)的不銹鋼壓力管道焊接工藝流程。指出了晝夜溫差極大地區(qū)的不銹鋼壓力管道制作焊接的重點(diǎn)及其要點(diǎn)，詳細(xì)指出了高寒地區(qū)，壓力管道焊接的注意事項(xiàng)和措施，從而避免缺陷產(chǎn)生，滿足壓力鋼管焊接質(zhì)量的要求。西藏拉薩“旁多水利樞紐工程”位于西藏拉薩自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游，距離林周縣直線距離約為25公里。西藏拉薩“旁多水利樞紐工程”主要以防洪灌溉為主，兼顧發(fā)電。在旁多鄉(xiāng)當(dāng)?shù)赜欣匦危瑯?gòu)建碾壓式土壩將河截流形成庫(kù)容12.3億m3，通過隧洞將將水引至林周縣用于當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)田灌溉；同時(shí)從順?biāo)鞣较蛏襟w右側(cè)山體巖石堅(jiān)固處挖通隧道用于引水發(fā)電，發(fā)電機(jī)組總計(jì)四臺(tái)4萬(wàn)kW總計(jì)16萬(wàn)kW。我公司主要負(fù)責(zé)隧道口連接廠房部位的“引水隧洞壓力鋼管制作安裝工程”，引水隧洞需要安裝壓力鋼管每條支洞壓力鋼管100m左右，總長(zhǎng)近450m，采用鋼筋混凝土襯砌。

一、旁多水利樞紐工程引水管道的焊接環(huán)境

   該工程施工自然環(huán)境：海拔4000 m，空氣稀薄，含氧量低；氣溫低，冬季漫長(zhǎng)；晝夜溫差大，8月份溫差在20℃左右；多大風(fēng)，特別是下午，沿著峽谷溝河道方向特別大；常年有雪、冰雹氣候，在旁多工地，大雪天氣從冬季一直會(huì)持續(xù)到6月份；地區(qū)氣候特干燥，但該壓力鋼管工程由于在洞內(nèi)施工，常年有洞內(nèi)滴水，濕度相對(duì)較大，冬季洞頂?shù)嗡畠鋈诔伞氨S”狀態(tài)。西藏旁多水利樞紐工程引水管道鋼管材質(zhì)為304不銹鋼管，板厚從δ14mm～24mm。由于工期緊，整個(gè)冬季包括過年都不間斷連續(xù)施工，壓力鋼管的焊接遇到高寒缺氧的特有困難：空氣稀薄，含氧量低導(dǎo)致其電弧燃燒不充分，降低了其線能量值和電弧的穩(wěn)定性；低溫環(huán)境，需采取保證焊接的可靠溫度措施；晝夜溫差大，增加了冷裂紋傾向和變形。

二、 西藏旁多水利樞紐工程焊接工藝

  不銹鋼壓力管道制作之前，首先要進(jìn)行焊接工藝的評(píng)定，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)焊接。西藏旁多水利樞紐工程引水管道鋼管材質(zhì)為304不銹鋼管，板厚規(guī)格從δ14mm～24mm不等。由于304不銹鋼管的焊接運(yùn)用非常的成熟，在很多電站都有過類似的評(píng)定檢測(cè)報(bào)告，在征得監(jiān)理部同意情況下，用304不銹鋼板做焊評(píng)，從而覆蓋所有的不同板厚規(guī)格的壓力管道，經(jīng)監(jiān)理批準(zhǔn)實(shí)施。同時(shí)為了體現(xiàn)高海拔寒冷地區(qū)，影響最大參數(shù)之一“晝夜溫差”的不利影響，所有焊接評(píng)定“焊接試板”全部在晚上20:00以后進(jìn)行焊接。焊接工藝評(píng)定嚴(yán)格遵照《水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范DL／T 5017-2007》要求予以實(shí)施，同時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求予以實(shí)施。經(jīng)焊接評(píng)定試驗(yàn)成果，焊接試塊所檢項(xiàng)目全部符合NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)中的304不銹鋼管技術(shù)要求。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)δ14～δ24坡口形式如上圖所示，由于坡口設(shè)計(jì)考慮了如下因素：對(duì)稱坡口，對(duì)稱實(shí)施焊接，有利于變形控制；有利于多層多道焊接的實(shí)施，特別在在高寒地區(qū)，在保證焊接熔合的情況下，適當(dāng)降低線能量，從而減少內(nèi)應(yīng)力，防止冷裂紋產(chǎn)生；預(yù)留2mm鈍邊和焊縫對(duì)接間隙，有益于保證焊接焊透的同時(shí)，不至于線能量過大擊穿形成缺陷；焊縫內(nèi)外兩側(cè)均可進(jìn)行定位焊接，可以減少定位焊接對(duì)變形的影響。

三、 壓力鋼管的焊接工藝控制

a. 從事壓力鋼管一、二類焊縫焊接的焊工經(jīng)培訓(xùn)、考試合格后持證上崗。

b. 焊材入庫(kù)后須按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)檢查焊條的產(chǎn)品、規(guī)格、型號(hào)及外觀質(zhì)量狀況后才可使用。

c. 焊接材料放置于通風(fēng)情況良好、干燥的專設(shè)庫(kù)房?jī)?nèi)，設(shè)專職人員進(jìn)行焊條的出入庫(kù)登記、保管、烘干、發(fā)放、回收。

d. 焊條烘焙后在130℃左右的保溫箱內(nèi)保存；一旦發(fā)現(xiàn)焊條藥皮有明顯的裂紋和脫落的，立即停止使用。

e. 現(xiàn)場(chǎng)使用的焊條應(yīng)裝入保溫筒，焊條應(yīng)該隨取隨用，避免隔夜吸潮。

f. 焊工在使用焊條前，應(yīng)檢查批號(hào)及外觀質(zhì)量狀況是否符合要求，避免焊條型號(hào)和材質(zhì)不匹配產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。

g. 焊接設(shè)備、設(shè)施應(yīng)派專人負(fù)責(zé)管理，并有專業(yè)人員定期進(jìn)行保養(yǎng)、維護(hù)及檢修。

四、消除焊接殘余應(yīng)力處理

每道焊縫焊接之后，用裝有圓弧半徑不小于5 mm的圓頭鏟釬在熔敷金屬表面進(jìn)行錘擊消除應(yīng)力，同時(shí)將焊縫表面藥皮藥渣清除干凈。

1. 定位焊的質(zhì)量要求及工藝措施與正式焊縫相同，同時(shí)定位焊接注意對(duì)稱定位施焊，從中間開始，分別向兩邊定位，有利于變形量的控制；

2. 一、二類焊縫定位焊必須由持有效合格證書的焊工焊接；

3. 定位焊縫有一定強(qiáng)度，定位焊位置應(yīng)距焊縫端部100m以上，有利于環(huán)縫組對(duì)時(shí)可以自由微量變形，減少環(huán)縫錯(cuò)變量，厚度不超過6mm~8mm，長(zhǎng)度大于100mm，間距400mm；定位焊縫應(yīng)在后焊一側(cè)的坡口內(nèi)。

4. 焊接前，焊工應(yīng)認(rèn)真檢查定位焊的焊接質(zhì)量，如有缺陷，均應(yīng)用“碳弧氣刨”清除。

五、焊接基本要求

1. 風(fēng)、雨雪、溫度低于5度，或者相對(duì)濕度較大時(shí)應(yīng)采取防護(hù)措施，旁多水利樞紐工程不銹鋼壓力管道制造在全封閉車間完成，安裝在洞內(nèi)完成，可以很好地解決這一問題。

2. 正式焊接前，將坡口內(nèi)部其附近兩側(cè)的液體、氧化皮等雜物清除干凈。

3. 嚴(yán)禁在非焊接部位的母材上引弧、試電流。縱縫焊接時(shí)采用引弧板和熄弧板，環(huán)縫焊接時(shí)在焊道內(nèi)引弧和熄弧，或采用返回運(yùn)條技術(shù)。

4. 多層多道焊時(shí)，將每道的表面的焊渣仔細(xì)清理干凈，同時(shí)檢查每道焊縫的表面是否存在表面缺陷，自檢合格后進(jìn)入下到工序，每一焊層，接頭位置錯(cuò)開25mm。

5. “V型坡口”或者“X型坡口”，首先應(yīng)打底焊接，為了保證焊接效率，可采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接，打底焊接完成后，采用埋弧焊或者手工焊接填滿焊縫至余高0mm～2.5mm后，焊道背面“碳弧氣刨”清根后，用砂輪機(jī)將氧化皮打磨干凈后再焊接。坡口焊縫打底焊道允許最大厚度為6.0mm。每層焊縫焊高控制在3mm～4mm。

6. 焊縫組裝局部間隙過大時(shí)，允許在坡口兩側(cè)或單側(cè)作堆焊處理。堆焊要求為：嚴(yán)禁在間隙內(nèi)填充鋼筋等異物。堆焊后，應(yīng)用砂輪機(jī)打磨平整、光滑，達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范規(guī)定尺寸，并保持原來坡口的形狀。

7. 嚴(yán)格按焊接工藝指導(dǎo)書制定的焊接工藝進(jìn)行焊接，304不銹鋼管焊接熱輸入小于40 kJ/cm。一、二類焊縫焊接應(yīng)作好記錄。

六、高海拔地區(qū)焊接總體控制原則

1. 認(rèn)真做好焊接材料的烘焙、保溫，焊工應(yīng)“少領(lǐng)勤領(lǐng)”，隨取隨用的原則。焊前，冰、霜應(yīng)徹底的清除干凈。

2. 低于-5℃時(shí)，需要將鋼板預(yù)熱至20℃以上才可以實(shí)施焊接。

3. 每一道焊縫，盡可能在一天之內(nèi)焊接完成，以減少高寒地區(qū)晝夜溫差對(duì)鋼管焊接的不利影響。同時(shí)可以采取措施封住鋼管頂部，鋼管內(nèi)部放置熱源（如電加熱爐）等措施，提高鋼管環(huán)境溫度，消除高寒影響，從而減少焊縫溫差驟降導(dǎo)致產(chǎn)生冷裂紋。

4. 每道焊縫焊工編號(hào)和鋼管編號(hào)要對(duì)應(yīng)管理，并進(jìn)行記錄，最好是將焊工編號(hào)代碼用“樣沖”打在鋼管焊縫上面，以利于跟蹤檢查。

5. 現(xiàn)場(chǎng)管理人員要及時(shí)跟進(jìn)，隨時(shí)檢查跟蹤焊縫的焊接情況，嚴(yán)肅查處不按技術(shù)規(guī)范焊接的焊工，嚴(yán)重者，予以退場(chǎng)處理。

6. 焊接24小時(shí)及時(shí)后探傷，發(fā)現(xiàn)問題，并和熟練工人探討，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并持續(xù)性的改進(jìn)。

七、焊接變形控制

1. 首先，焊工應(yīng)提前進(jìn)場(chǎng)，以適應(yīng)高海拔寒冷氣候，同時(shí)對(duì)焊工進(jìn)行崗前培訓(xùn)，認(rèn)真做好焊接技術(shù)交底工作。

2. 彎管、錐管的下料由于是采用數(shù)控切割下料，在下料過程中，由于冷熱交替變形會(huì)導(dǎo)致鋼板位移，尺寸發(fā)生改變。為了有效控制鋼板位移產(chǎn)生的尺寸偏差，在下料時(shí)，首先用卡具固定鋼板防止鋼板采用數(shù)控切割時(shí)位移。

3. 高寒地區(qū)，溫差大，焊接變形也大，需偶數(shù)個(gè)焊工同時(shí)對(duì)稱實(shí)施焊接。為了有效控制縱縫處的“凹凸”問題，定位或者正式焊接前，先用1.5m的弧度板檢測(cè)焊縫處的弧度，根據(jù)實(shí)際情況，決定是先焊接內(nèi)側(cè)還是外側(cè)；下料時(shí)，坡口采用“X性坡口”下料。

4. 現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)縫采用手工焊焊接，同時(shí)上架4～6名偶數(shù)焊工同時(shí)施焊，焊接電流、電壓及其焊接速度同表保持基本一致，采用對(duì)稱焊焊接，以減少內(nèi)應(yīng)力及其變形，焊接順序如圖所示。

5. 拉薩旁多水利樞紐工程，管徑較大為D5200mm，需要兩個(gè)瓦片對(duì)接組織而成。在組裝時(shí)，鋼管豎立，兩瓦片對(duì)稱拼縫，調(diào)圓架調(diào)圓到達(dá)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后，進(jìn)行對(duì)稱定位焊接并進(jìn)行焊接。

6. 加勁環(huán)的變形控制：鋼管沿管口方向豎立，加勁環(huán)水平方向垂直于管壁微角度向下，先焊接加勁環(huán)上部，利于反變形控制加勁環(huán)的垂直度。

   浙江至德鋼業(yè)有限公司通過對(duì)高海拔自然條件惡劣地區(qū)不銹鋼壓力管道制造安裝過程中，有關(guān)壓力鋼管焊縫焊接質(zhì)量的要求：首先是焊工和焊材的嚴(yán)格選定，同時(shí)需規(guī)范化操作和施工，通過對(duì)坡口形式選定，焊接電流、電壓、焊接速度等參數(shù)的控制，以及焊縫的對(duì)稱施焊等工藝控制，從而保證壓力鋼管焊縫焊接的質(zhì)量，同時(shí)通過對(duì)焊縫編碼，使焊縫的焊接質(zhì)量可追溯，從而嚴(yán)格規(guī)范操作人員焊接，希望通過該項(xiàng)目的總結(jié)，對(duì)高海拔溫差大同類地區(qū)不銹鋼壓力管道施工有一定的參考和借鑒。