米 嘉， 萬(wàn)天明

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司機(jī)電安裝分局，四川彭山 620860)

1 概述

水電站用鋼管的灌漿孔焊接裂紋在施工中是一種比較普遍的焊接缺陷。筆者結(jié)合實(shí)際，從其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材質(zhì)情況、施工環(huán)境等原因?qū)е碌暮附恿鸭y及其處理方法予以介紹。

2 原因分析

首先，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度σb＞600 MN/m2的高強(qiáng)鋼，不宜采用熔化焊堵頭。因?yàn)楦邚?qiáng)鋼的屈強(qiáng)比，即塑性比較低，焊接時(shí)通過(guò)塑性變形降低焊接應(yīng)力的能力相對(duì)較差，從而易產(chǎn)生裂紋。另外，由于灌漿孔焊接屬于封閉焊縫，當(dāng)熔化焊堵頭的材質(zhì)選取不當(dāng)、焊接材料選擇不正確、灌漿孔焊接時(shí)，水漬、油污、鐵銹等造成焊縫含氫量增加的因素沒(méi)有被清除，這些都是導(dǎo)致灌漿孔形成裂紋的原因。在焊接灌漿孔堵頭前，必須要把灌漿孔的鋼管外壁滲水止住(如通過(guò)灌漿的方式)，否則很難焊接好，即便是焊接上了，焊縫內(nèi)部必然有氣孔、裂紋等焊接缺陷出現(xiàn)。

3 焊接裂紋的預(yù)防措施

3.1 設(shè)計(jì)措施

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度σb＞600 MN/m2的高強(qiáng)鋼，灌漿孔堵頭宜采用粘接法或纏膠帶法封堵;亦可不在高強(qiáng)鋼管壁上開灌漿孔，而采用“拔管法”造孔灌漿。堵頭材質(zhì)可以按照等強(qiáng)原則選取。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度σb≤600 MN/m2且屈強(qiáng)比0.75時(shí)，應(yīng)采用熔化焊堵頭。堵頭材質(zhì)應(yīng)選擇比管壁母材塑性高、強(qiáng)度較低的材料，即按等韌性原則選取。灌漿孔堵頭的焊接坡口深度以7～8 mm為宜。深度之所以為7～8 mm，系考慮用直徑為3.2～4 mm的焊條焊2～3層，且不得單層焊。由于灌漿孔焊縫是封閉焊縫，不必焊透，若擅自加大坡口深度，焊接時(shí)收縮應(yīng)力增大易產(chǎn)生裂紋，加之若采用塑性比較差的鋼做堵頭和采用高匹配的焊接接頭，將會(huì)導(dǎo)致灌漿孔出現(xiàn)裂紋的幾率增大。熔化焊堵頭的常用型式見(jiàn)圖1、2。

3.2 施工措施

圖1 熔化焊堵頭型式Ⅰ示意圖

灌漿孔螺堵采用粘接法或纏膠帶法封堵時(shí)，應(yīng)將灌漿孔內(nèi)及其螺堵上的水漬、油污、鐵銹、水泥漿等污物清除干凈，譬如水漬、油污等可用氧-乙炔火焰燒掉，或用丙酮等有機(jī)溶劑清除油污，而鐵銹、水泥漿等可用砂布、什錦銼等清除。為防止水泥漿沾敷在灌漿孔的絲扣上并防止灌漿時(shí)碰壞絲扣，灌漿時(shí)，可增設(shè)“空芯螺栓護(hù)套”。

圖2 熔化焊堵頭型式Ⅱ示意圖

灌漿孔采用熔化焊封堵時(shí)，焊條按照其相應(yīng)要求應(yīng)嚴(yán)格烘焙干燥，灌漿孔及其堵頭上的油污、油漆、水漬等雜物應(yīng)清除干凈。焊接時(shí)焊接熱輸入宜控制在E=10～25 kJ/cm。焊前，宜對(duì)焊接坡口及其兩側(cè)采用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度不大于150℃，焊后宜緊急后熱，后熱溫度應(yīng)不大于250℃。測(cè)溫可采用非接觸的便攜式紅外線測(cè)溫槍并及時(shí)監(jiān)控。

灌漿堵頭焊接完成后，應(yīng)采用磁粉探傷(MT)或著色探傷(PT)對(duì)焊接灌漿堵頭焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

4 焊接裂紋的處理措施

一旦發(fā)現(xiàn)灌漿孔焊接裂紋，常規(guī)的方法是采用碳弧氣刨進(jìn)行刨除。但是，采用這種方式效果不是很好。因?yàn)椴捎锰蓟馀俸?，?huì)對(duì)刨坑滲碳。灌漿孔的直徑都很小，通常為φ40～100，曲率較大，采用角向磨光機(jī)或直磨機(jī)砂輪不易清除滲碳層，甚至對(duì)刨坑無(wú)法打磨。若在沒(méi)有清除滲碳層的情況下即實(shí)施焊接，勢(shì)必導(dǎo)致焊縫的含碳量升高，從而埋下產(chǎn)生新的焊接裂紋的隱患。實(shí)踐證明，在發(fā)生有裂紋的灌漿孔上增設(shè)封堵蓋板的方式不失為一個(gè)較好的方法，見(jiàn)圖3。

圖3 熔堵頭裂紋處理之增設(shè)蓋板型式示意圖

其施工方法為:將蓋板用車床按1∶25～1∶4的斜度車制。焊接前，將對(duì)有裂紋的灌漿孔焊接余高等高出部分用砂輪打磨至母材表面齊平，去除灌漿孔及其附近的油漆等影響焊接質(zhì)量的雜物。焊接時(shí)采用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度為80℃化焊～150℃，焊接蓋板貼角焊縫亦采用與蓋板等同的斜度焊接成形，焊后亦用火焰立即后熱，后熱溫度為100℃～200℃。溫度監(jiān)測(cè)可采用便攜式紅外線測(cè)溫槍。焊接完成后，清除掉焊接飛濺、用砂輪打磨掉焊縫表面的焊瘤、過(guò)高的焊縫余高等，最后對(duì)處理的灌漿孔做補(bǔ)涂防腐處理。

由于水電站引水壓力鋼管管內(nèi)水流速度通常為4～8 m/s，流速不是很大，采用圖3的施工處理型式對(duì)水頭損失的影響極小。筆者曾經(jīng)在一些水電站采用這種處理方法，到目前為止，其運(yùn)行情況良好，未發(fā)現(xiàn)管內(nèi)漏水和蓋板被水沖掉的現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，筆者通過(guò)對(duì)灌漿孔堵頭的材質(zhì)選材、灌漿孔的封堵型式、焊接材料的選擇、設(shè)計(jì)與施工的預(yù)防以及施工處理灌漿孔裂紋的方法等的介紹，給今后類似的工程施工以啟示，進(jìn)而保證鋼管的運(yùn)行質(zhì)量和安全度，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義。

[1]水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范，DL/T5141－2001[S].

[2]水電水利工程壓力鋼管制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范，DL5017－2007[S ]。