顧永哲

（福建寧德核電有限公司，福建 寧德 355200）

1 J型坡口的形成

1.1 坡口的形式

一般的碳鋼管（不銹鋼管）在采用焊接連接的形式時(shí)，隨著管線壓力、溫度的不同，所選用的管道壁厚也不同。而不同的壁厚和焊接工藝方法將對(duì)應(yīng)不同的接頭（坡口）型式。國內(nèi)壁厚一般在26mm以內(nèi)可采用V型坡口（或其變化型式），大于20-60mm采用J型（或其變化型式等）。ASEM（美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)）B16.25標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于不同焊接工藝方法及相應(yīng)壁厚統(tǒng)一規(guī)定了焊接坡口的型式。以下示意圖為不同的坡口型式（單位為mm）：

圖1 不同坡型式示意圖

1.2 坡口加工及“C”值的確定

J型坡口一般應(yīng)使用坡口機(jī)加工。J型坡口加工C值（擴(kuò)孔直徑或加工后管內(nèi)徑）非常重要，它將影響對(duì)口錯(cuò)邊量及焊接的質(zhì)量。一般情況應(yīng)依據(jù)相應(yīng)表格查得“C”值，也可依據(jù)以下公式計(jì)算C值：

C=ф-0.79-1.75δ-0.25(mm)

ф=標(biāo)準(zhǔn)管外徑

0.79=最小的管外徑公差（mm），依據(jù)ASTM（美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

1.75=標(biāo)準(zhǔn)管壁厚的87.5%X 2，依據(jù)ASTM的規(guī)定，鋼管允許的最小壁厚為標(biāo)準(zhǔn)管壁厚的87.5%

δ=標(biāo)準(zhǔn)管壁厚(mm)

0.25=加工后管內(nèi)徑（C值）的正公差（mm）

實(shí)際的施工中無論查表或計(jì)算，均應(yīng)采用統(tǒng)一的C值。坡口加工前應(yīng)檢查坡口機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，加工的管口橢圓度是否滿足加工要求，必要時(shí)對(duì)管口進(jìn)行校正。坡口加工時(shí)應(yīng)仔細(xì)核實(shí)加工尺寸，隨時(shí)使用游標(biāo)卡尺測量擴(kuò)孔尺寸，調(diào)節(jié)進(jìn)刀量，確保C值不超差。

2 J型坡口焊縫收縮量的確定

J型坡口管道壁厚較厚，對(duì)應(yīng)的管線級(jí)別較高，安裝公差也相應(yīng)提高。預(yù)先測量出焊縫收縮量及變形對(duì)管道下料、現(xiàn)場組對(duì)安裝及管線與設(shè)備的連接都將起到非常重要的作用。

2.1 前提條件

選用材料和坡口形式及焊接工藝方法應(yīng)與實(shí)際工程施工所用相同或可代替，焊口已組對(duì)且架設(shè)牢固準(zhǔn)備焊接。

工具（僅列出測量變形和收縮的工具）：鋼板尺、游標(biāo)卡尺、水平尺、線墜、百分表。

2.2 焊縫收縮量的測量

圖2 樣沖眼作測量點(diǎn)

在焊口兩側(cè) 0°、90°、180°、270°四個(gè)方位各打 4 個(gè)樣沖眼作測量點(diǎn)（如圖2），預(yù)先測得兩個(gè)樣沖眼間的間距L0，焊縫焊接完成后從不同方位測量樣沖眼間的間距L，求得焊縫收縮量S=L0-L（記錄在焊縫收縮表中）。同時(shí)管端附近裝上百分表以觀察變形，焊接時(shí)采用對(duì)稱焊控制變形。

2.3 測量結(jié)果

最終的焊縫收縮量（焊縫熱處理完成后）可由記錄表中查得同一規(guī)格的焊縫收縮量取其平均值計(jì)算得出（一般應(yīng)至少取相同焊接工藝方法和環(huán)境下，同一規(guī)格的三個(gè)數(shù)據(jù)）。

表1是本人在秦山核電三期管道預(yù)制廠測得的一組數(shù)據(jù)：

表1

規(guī)格 材質(zhì) 焊接工藝 焊材牌號(hào) 外徑（mm）加工C值(mm)壁厚(mm)焊縫收縮量(mm)DN 250 SA106 GRB GTAW封底SMAW填充ER70S E7018 273.1 240.05 18.26 3.2 DN 300 SA106 GRB GTAW封底SMAW填充ER70S E7018 323.9 285.30 21.44 3.3 DN 300 SA106 GRB GTAW封底SMAW填充ER70S E7018 323.9 285.30 21.44 3.2 DN 400 SA106 GRB GTAW封底SMAW填充ER70S E7018 406.4 359.55 26.19 3.7 DN 400 SA106 GRB GTAW封底SMAW填充ER70S E7018 406.4 359.55 26.19 3.6 DN 450 SA106 GRB GTAW封底SMAW填充ER70S E7018 457.2 457.2 29.36 3.9 DN 450 DN450GTAW封底SMAW填充GTAW封底SMAW填充 457.2 404.75 29.36 3.8

經(jīng)過對(duì)焊接過程和焊縫收縮量結(jié)果分析，J型坡口管道焊縫收縮具有以下特點(diǎn)：

●焊縫收縮量與所選焊接工藝方法和材料（質(zhì)）有關(guān),但差異不大；

●一般在焊至母材1/3至1/2之前焊縫收縮量較大；

●焊接速度快則焊縫收縮量較??；

●隨著管道壁厚增大，焊縫收縮量增大但變化幅度不明顯；

●焊縫收縮無法避免，焊接變形（水平度，管口垂直度等）均因焊口不對(duì)稱收縮產(chǎn)生，所以焊接變形可以通過對(duì)稱焊接來消除和控制；

●焊縫間隙大則收縮量相對(duì)較大。

3 J型坡口管道施工的關(guān)鍵點(diǎn)

J型坡口管道作為工藝管道的一種，典型預(yù)制安裝流程分別如下：

預(yù)制：管材（件）的領(lǐng)取→下料標(biāo)識(shí)→坡口加工、鉆孔→組對(duì)→焊前預(yù)熱→焊接→焊后熱處理→NDE檢查→管段的酸洗清潔→包裝、儲(chǔ)存

安裝：管段（在線部件的領(lǐng)?。艿婪啪€、定位→支吊架安裝→組對(duì)→焊前預(yù)熱→焊接→焊后熱處理→NDE檢查→管道系統(tǒng)試驗(yàn)與沖洗→系統(tǒng)移交

J型坡口管道與其它管道的施工順序區(qū)別不大，本文只對(duì)與J型坡口管道的坡口特點(diǎn)、焊縫收縮及變形控制相關(guān)的施工關(guān)鍵點(diǎn)（下料、管段的領(lǐng)取、放線定位、組對(duì)、焊接）進(jìn)行闡述。

3.1 下料

管段的下料尺寸一般由圖紙?jiān)O(shè)計(jì)長度（或管口間距）、焊縫間隙、焊縫收縮量以及連接管段（管件）的公差決定，可按下式計(jì)算：

L=L1+S-G-T

L=下料長度(此處的下料長度指加工好坡口后的尺寸，實(shí)際施工下料時(shí)應(yīng)考慮切割管端的平直度和機(jī)加工坡口可能損耗的長度，一般應(yīng)再加一定的加工坡口長度)

L1=圖紙?jiān)O(shè)計(jì)長度(或測得的管口間距)

S=焊縫收縮量

G=焊縫間隙

T=連接管段(管件)的公差

一般V型坡口的管道涉及系統(tǒng)級(jí)別相對(duì)較低，對(duì)于安裝容差要求也相應(yīng)較低，管道下料尺寸為：碳鋼管取L=L1-3（mm）；不銹鋼管取L=L1。

J型坡口的管道可考慮焊縫收縮為4mm，焊縫間隙為1mm，公差相互抵消，此時(shí)下料長度為L=L1+4-1+0=L1+3（mm）。在實(shí)際施工中，在測得現(xiàn)場管口間距后再加3 mm確定下料長度，在安裝中則會(huì)產(chǎn)生滿意的結(jié)果。

3.2 管段及在線部件的領(lǐng)取

管段及在線部件領(lǐng)取時(shí)應(yīng)仔細(xì)核對(duì)標(biāo)識(shí)及尺寸，部件是否存在缺陷,應(yīng)特別注意坡口保護(hù)。

因?yàn)楝F(xiàn)場空間及吊裝設(shè)施有限，而J型坡口的管段較重 （如DN300 SCH100：160kg/m）外形尺寸較大，所以施工前應(yīng)設(shè)計(jì)好合理的領(lǐng)用次序。

3.3 現(xiàn)場定位與放線

J型坡口管道施工中，首先由專業(yè)測量人員對(duì)將要安裝管道房間中易引出點(diǎn)進(jìn)行三維坐標(biāo)放線并提交書面的測量報(bào)告單。然后從基準(zhǔn)點(diǎn)引線在附近墻上、鋼結(jié)構(gòu)或預(yù)埋件上，標(biāo)記坐標(biāo)。第三步則依據(jù)施工圖紙尺寸、坐標(biāo)放線：

●根據(jù)支架圖和預(yù)埋件圖，在預(yù)埋件或鋼結(jié)構(gòu)上測量放出管道支架安裝位置中心線和標(biāo)高線，并明確標(biāo)識(shí)所在支架位號(hào)、角度和標(biāo)高。

●根據(jù)管道安裝等軸圖在墻外壁或鋼結(jié)構(gòu)上測量放出管道安裝中心線，并明確標(biāo)識(shí)管線號(hào)、標(biāo)高，同時(shí)可依據(jù)此基準(zhǔn)線測量出管道長度與圖紙的偏差，必要時(shí)可對(duì)管道進(jìn)行預(yù)制加工，以確保管道安裝符合要求。

●準(zhǔn)確定位初始管段，后序管段放線時(shí)應(yīng)多次測量來確定管線走向及下料尺寸（一般應(yīng)以管口上、中、下各引一點(diǎn)進(jìn)行測量取平均值來確定下料尺寸），對(duì)于空間坐標(biāo)難以準(zhǔn)確放線的地方，由測量班使用儀器測量管口坐標(biāo)是有必要的，它將減少后序工作因放線不準(zhǔn)而導(dǎo)致的安裝偏差。

●連接特殊角度的管段時(shí)，應(yīng)最好在木板上投影放線，組對(duì)時(shí)依據(jù)投影線調(diào)整管段，這樣可以更好的保證連接管段的角度和尺寸均滿足要求。

3.4 組對(duì)

J型坡口管道焊接工藝、安裝精度及清潔度要求較高，故應(yīng)盡量提高預(yù)制裝配程度，減少現(xiàn)場組對(duì)施工。對(duì)于尺寸、角度暫時(shí)無法確定的管段，應(yīng)留有現(xiàn)場測量段，經(jīng)實(shí)測后進(jìn)行二次加工、組對(duì)。

管段組對(duì)前應(yīng)核查預(yù)留洞、連接設(shè)備的位置是否偏差，從而確定管段組對(duì)時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)的辦法；應(yīng)核對(duì)管段、在線部件的標(biāo)識(shí)是否正確，坡口有無損傷；應(yīng)消除離坡口50mm范圍內(nèi)的污物、毛刺、水分和鐵銹等，如果管道坡口表面附近有油污、油脂等則應(yīng)用丙酮清理至干凈為止；對(duì)于帶有管座或其它管件需現(xiàn)場安裝的管段應(yīng)在組對(duì)焊接前將孔開好并加以保護(hù)；應(yīng)核實(shí)在線部件的方向后再進(jìn)行組對(duì)。

組對(duì)：J型坡口組對(duì)間隙為0～1.5mm，如預(yù)制管段有一定誤差，可用間隙的大小加以調(diào)節(jié)。錯(cuò)邊量一般不超過0.8mm，遇到有錯(cuò)邊時(shí)應(yīng)使錯(cuò)邊在管口周向均勻分布。不允許強(qiáng)行對(duì)口，但可采取修磨坡口（因坡口中有一定范圍的鈍邊可調(diào)節(jié)）或加熱矯正等措施幫助組對(duì)。組對(duì)中如經(jīng)設(shè)計(jì)同意使用臨時(shí)附件（吊耳、搭板等）時(shí)，則附件材料應(yīng)與母材相同或相容，焊接材料應(yīng)與母材相熔，臨時(shí)附件去除后，應(yīng)對(duì)附件焊接點(diǎn)修磨后做磁粉檢驗(yàn)，并對(duì)該區(qū)域進(jìn)行焊后熱處理。對(duì)好口的管段應(yīng)進(jìn)行對(duì)稱點(diǎn)焊，為便于端頭熔透，點(diǎn)焊焊肉的兩端都必須修成緩坡形，同時(shí)點(diǎn)焊焊縫必須具有足夠的強(qiáng)度。為避免系統(tǒng)變形過大，應(yīng)避免連續(xù)組對(duì)，最好在焊縫焊接完成之后進(jìn)行下段管段的組對(duì)。

組對(duì)好的管段如永久性支架暫時(shí)不能安裝時(shí)，應(yīng)使用臨時(shí)支撐件支撐而保證不出現(xiàn)彎曲，向外伸出或失衡等，臨時(shí)支撐應(yīng)是剛性的且具有足夠的尺寸和強(qiáng)度以支撐管道的重量直至永久性支撐安裝完畢。

3.5 焊接

組對(duì)好的焊縫經(jīng)QC檢查后即可進(jìn)行焊接。施焊前焊工應(yīng)對(duì)焊接設(shè)備及工具進(jìn)行仔細(xì)的檢查，確保焊接設(shè)備及工具處于良好的工作狀態(tài)。同時(shí)應(yīng)檢查點(diǎn)焊縫是否有損傷和裂紋，焊縫處是否有銹斑等污物，如不符合要求，則應(yīng)使用合適的方法去除缺陷后施焊。

焊接過程中，焊工應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定的焊接工藝進(jìn)行。為減小焊接變形應(yīng)盡量采用對(duì)稱施焊配合分段跳焊和退焊法進(jìn)行焊接，并控制好層間溫度，以減小焊接應(yīng)力和變形，保證焊縫質(zhì)量。同時(shí)，焊接時(shí)應(yīng)由專人觀察管道的變形情況而調(diào)整焊接順序，必要時(shí)在管口附近加一個(gè)如下圖所示的臨時(shí)支架是比較好的辦法，這樣可從管壁與支架的間隙清楚觀察到變形的大小，從而及時(shí)做出相應(yīng)的焊接調(diào)整。

焊接時(shí)，應(yīng)將焊接的接地線連接牢靠，不得因接地傷擊管道和設(shè)備；應(yīng)特別防止焊接電纜拖動(dòng)時(shí)在設(shè)備和管道上打弧。在焊接帶有閥門的管段時(shí)，要確保焊接電流不經(jīng)過閥門，接地鉗應(yīng)連接在管段一側(cè)，并嚴(yán)格控制層間溫度，以防損壞閥門密封環(huán)。焊接過程中，不得震動(dòng)、敲擊被焊部件。

一般情況下，在焊縫根部焊完后應(yīng)檢查有無裂紋或其它缺陷，同時(shí)在焊至焊縫厚度1/3時(shí)，做層間RT也是控制最終焊縫缺陷的有效辦法。對(duì)因故中途停焊的焊縫，必須保證已焊厚度達(dá)到焊縫厚度的1/3后方可停焊，且不可將一條管線上的多個(gè)焊縫同時(shí)施焊，這樣可能會(huì)因?yàn)槎鄠€(gè)焊縫同時(shí)收縮而造成焊縫開裂。

4 J型坡口管道安裝中應(yīng)注意的事項(xiàng)

4.1 清潔度

J型坡口的管道涉及重要管線，清潔度要求非常重要。在安裝過程中應(yīng)按以下幾點(diǎn)加以控制：每根管段及在線部件安裝前均要檢查清潔度是否符合要求；管道組對(duì)、焊接前要檢查其內(nèi)部清潔度，小口徑管道可用壓縮空氣吹掃，大口徑管道可用吸塵器吸或用結(jié)實(shí)的布拖；對(duì)于暫不連接的管口應(yīng)用管帽牢固封堵，此管口被最終連接或進(jìn)行檢查時(shí)才可打開。每根管線與其它管線或設(shè)備相連時(shí)應(yīng)再次檢查管內(nèi)清潔度是否符合要求（對(duì)于U型彎的低部可采用內(nèi)窺鏡檢查）。由于設(shè)計(jì)變更等必須切割管段（如增加排氣污口），應(yīng)仔細(xì)操作以確保無外部雜質(zhì)進(jìn)入管道內(nèi)部。當(dāng)管道內(nèi)部要求打磨等可能產(chǎn)生灰塵時(shí)，應(yīng)安裝塞子防止灰塵掉入不可接近的內(nèi)部，對(duì)打磨后的粉塵應(yīng)使用吸塵器清掃，管口封閉焊接前一定要拆除密封塞等（必要時(shí)應(yīng)做記錄）。每次清潔度的驗(yàn)證應(yīng)由QC人員嚴(yán)格按程序檢查。

4.2 施工順序的確定

J型坡口管道的安裝順序應(yīng)在依據(jù)傳統(tǒng)的由內(nèi)向外等原則外還應(yīng)從以下幾個(gè)方面統(tǒng)籌考慮：

●施焊及焊后修補(bǔ)的難易。J型管道焊口質(zhì)量要求非常高，一般要求作RT外還應(yīng)作UT，所以應(yīng)將那些難以施焊的焊口（靠墻洞，其它管線下方等）先施焊，對(duì)可能出現(xiàn)質(zhì)量問題而修復(fù)補(bǔ)焊困難的焊口最好應(yīng)等待其焊口檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行其它管道的安裝，有些管段連接V型坡口的管道，應(yīng)將其留在最后施焊。

●充氬的難易。應(yīng)對(duì)需充氬的焊口優(yōu)先考慮組對(duì)施焊，以免因接管太多而造成充氬效果不好或難以充氬。

●組對(duì)的難易。一般來說，現(xiàn)場安裝管線應(yīng)連貫進(jìn)行，但J型坡口的管道因變形較大，對(duì)口要求高，所以應(yīng)考慮將那些難以組對(duì)的焊口優(yōu)先組對(duì)施焊。

4.3 調(diào)節(jié)管段的確定及安裝

調(diào)節(jié)管段也叫現(xiàn)場測量段，它的重要作用是彌補(bǔ)焊縫收縮，焊接變形等造成的安裝偏差。原則上每條管線應(yīng)在X、Y、Z軸上都有一段帶調(diào)節(jié)段的管段，這樣可以修正難以控制和預(yù)見的空間變形而帶來的管線無法連接。一般應(yīng)將調(diào)節(jié)段設(shè)在與其它管線或設(shè)備相連的管段上。調(diào)節(jié)段的下料尺寸應(yīng)在幾次測量現(xiàn)場管口尺寸取平均值后加一個(gè)焊縫收縮量（一般取3mm）。每條管線的調(diào)節(jié)段應(yīng)在最后安裝。如與設(shè)備最終連接則應(yīng)考慮2個(gè)焊縫焊接收縮而對(duì)設(shè)備產(chǎn)生應(yīng)力帶來設(shè)備精度超差的可能。必要時(shí)此管段下料尺寸應(yīng)加2個(gè)焊縫收縮 （可取6mm），安裝時(shí)用千斤頂?shù)阮A(yù)先推開管線，將管段放入后，邊施焊邊放千斤頂?shù)霓k法來控制焊縫收縮對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的應(yīng)力，同時(shí)可加裝百分表觀測設(shè)備的變形，隨時(shí)調(diào)整焊接部位。

4.4 其它易出現(xiàn)的問題及其解決辦法

4.4.1 坡口的破損

因運(yùn)輸或焊口點(diǎn)焊后未及時(shí)施焊等原因造成坡口的鈍邊破損可采用相應(yīng)的焊接工藝手工氬弧焊修補(bǔ)后，打磨光滑再做PT檢驗(yàn)的辦法彌補(bǔ)。

4.4.2 安裝變形過大

施工中因?yàn)轭A(yù)制精度超差，或?qū)附幼冃慰刂撇划?dāng)?shù)仍蛟斐砂惭b變形過大，管口偏離坐標(biāo)造成后序管段無法組裝對(duì)口的情況，可采用以下辦法修正：

●在變形較小時(shí)，可用熱處理的辦法矯正。

●在經(jīng)過設(shè)計(jì)部門同意后將對(duì)接坡口修改為V型坡口后組對(duì)。

●在設(shè)計(jì)部門同意的情況下，在一定范圍內(nèi)（一般不超過8mm），對(duì)管口進(jìn)行修正后組對(duì)，如下圖所示在秦山核電三期施工中一根與主管道相連的管段因預(yù)制偏差造成管口組對(duì)焊縫間隙超差，經(jīng)申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)確認(rèn)后，對(duì)一端坡口堆焊，再用手工修磨成過渡均勻的“J”型坡口，做PT合格后重新組對(duì)焊接（圖3）。

圖3

●在不得以的情況下，可將變形對(duì)應(yīng)側(cè)的焊縫磨開一定深度后再施焊利用焊縫收縮來修正變形，這種方法應(yīng)由焊接水平非常高的焊工進(jìn)行。

●以上辦法均難以解決時(shí)，只有切除并更換管段，對(duì)于現(xiàn)場一端管口手工加工J型坡口。

5 結(jié)束語

J型坡口管道的施工雖然較普通坡口管道困難，但是只要掌握了它的焊縫收縮特性，精心組織施工，在施工時(shí)認(rèn)真執(zhí)行每道工序，有效控制變形，是一定可以優(yōu)質(zhì)、高效的完成安裝任務(wù)的。

［1］ANSI/ASME B16.25.對(duì)接焊坡口[S].

［2］ASME 31.1.動(dòng)力管道[S].

［3］ASME第Ⅲ卷.鍋爐及壓力容器規(guī)范（核動(dòng)力裝置設(shè)備建造準(zhǔn)則）[S].

［4］管道工程安裝手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社出版.管道安裝施工技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社出版.