懸掛鋼管焊接工藝

1. 概述

在金屬管道安裝的工程中，常會遇到懸空高掛的管道，由于高空工作空間狹小，機具設(shè)備很難就位，現(xiàn)場動態(tài)因素很難掌控，給管道的焊接施工帶來很大困難，對焊接質(zhì)量也造成嚴重影響。在本次“跨錦江鋼管拱橋”安裝工程中，焊縫就一度產(chǎn)生焊接裂紋。

2. 結(jié)構(gòu)形式

本工程鋼管結(jié)構(gòu)為斜拉鋼索橫跨式，橫跨河面水平距離近80m，高懸于河面近40m（見圖1），規(guī)格是φ630mm×20mm，鋼號是Q345+304復(fù)合鋼。管內(nèi)介質(zhì)為農(nóng)夫山泉水源生產(chǎn)水，生產(chǎn)壓力為1.6MPa。

3. 裂紋產(chǎn)生原因分析

（1）裂紋產(chǎn)生的狀況 采用焊條電弧焊方法打底焊接奧氏體不銹鋼，焊完后未發(fā)現(xiàn)裂紋，填充層采用焊條電弧焊焊接碳鋼，當(dāng)?shù)谝桓笚l焊完后就出現(xiàn)了裂紋，且裂紋在焊縫中間。

（2）原因分析 此鋼管是碳鋼與奧氏體不銹鋼的復(fù)合鋼，奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約為碳鋼的1/3，線膨脹系數(shù)約比碳鋼大50%，因此，奧氏體不銹鋼焊后產(chǎn)生的焊接應(yīng)力大于碳鋼。當(dāng)碳鋼填充層焊縫在冷卻到某一臨界值時就會被奧氏體不銹鋼焊層受熱而釋放出來的焊接拉應(yīng)力拉裂；從裂紋狀況看，裂紋是發(fā)生在焊縫中間，從焊縫結(jié)晶過程分析，焊縫中間部位是最后冷卻的，因而中間部位是焊縫中的薄弱環(huán)節(jié)，當(dāng)某種拉應(yīng)力有足夠大時就會被拉裂。在焊接工藝評定制作中未發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，我們根據(jù)管道的空中結(jié)構(gòu)分析，這種“足夠大的拉應(yīng)力”是懸掛鋼管的自重而產(chǎn)生的（鋼索斜拉點不是根據(jù)每根鋼管的重心設(shè)置）。

圖 1

綜合分析得知：產(chǎn)生裂紋的拉應(yīng)力有兩種，一是焊接拉應(yīng)力；二是結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力。根據(jù)焊接工藝評定制作和現(xiàn)場施工過程分析，我們認為結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力是產(chǎn)生裂紋的主要原因。

4. 工藝措施

本鋼管產(chǎn)生的焊接裂紋基本屬于冷裂紋，根據(jù)焊接冷裂紋的產(chǎn)生機理以及本工程懸掛鋼管的具體狀況分析，我們采用以下工藝措施。

第一，在焊縫的受拉面采用

馬鞍形筋板加固，以克服結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力的影響，如圖2所示。

第二，采用汽油浸泡麻繩預(yù)熱加溫的工藝來控制奧氏體不銹鋼與碳鋼焊后應(yīng)力差的影響，即將φ14mm的麻繩在汽油中浸泡10h左右，在焊縫兩側(cè)各纏繞5圈，然后將操作吊欄移到焊縫上風(fēng)口，用長約1.5m的火把點燃浸油麻繩進行預(yù)熱加溫，麻繩燃燒時間約20min，溫度近120℃（分別采用柴油和汽油做試驗，柴油燃燒后渣礫和油污太多）。

第三，采用多層焊（低熱輸入）、對稱焊、同方向焊、連續(xù)焊的工藝來控制焊縫因周向受熱不平衡、不連續(xù)而產(chǎn)生的淬硬傾向及焊接應(yīng)力，如圖3所示，焊接參數(shù)如附表所示。

第四，J507焊條經(jīng)400℃烘焙1h，A307焊條經(jīng)300℃烘焙1h，隨保溫筒帶至現(xiàn)場，焊縫兩側(cè)20mm處打磨出金屬光澤，以控制殘余擴散氫的產(chǎn)生。

第五，焊后用兩只噴燈將焊縫對稱噴烤10min左右，噴烤后用厚50mm、寬500mm的石棉板包住焊縫進行緩冷保溫，降低焊接冷卻速度，從而控制淬硬傾向、焊接應(yīng)力及殘余擴散氫的產(chǎn)生。

注意：焊后緩冷絕對不能采用汽油浸泡麻繩法，因為焊后用此方法就相當(dāng)是油淬熱處理，反而淬硬傾向更為嚴重。

圖 2

圖 3

焊接參數(shù)

5. 焊后檢測

第一條焊縫焊完后24h進行100%超聲探傷（工作空間狹小很難進行射線探傷），未發(fā)現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，焊縫探傷質(zhì)量等級均達到Ⅱ級以上。剩余焊縫均按圖樣要求進行超聲探傷，質(zhì)量等級均達到Ⅱ級以上，并一次性通過試壓檢驗。

6. 結(jié)語

通過采用馬鞍型筋板加固的焊接工藝有效地控制了結(jié)構(gòu)應(yīng)力（自重）對焊接裂紋的影響；采用汽油浸泡麻繩預(yù)熱加溫的焊接工藝有效地解決了高空狹小空間預(yù)熱的難題。

哈焊所海工裝備焊接工程實驗室在中集海工院揭牌

2015年9月18日，中集來福士與哈焊所技術(shù)合作協(xié)議簽約暨中集來福士-哈焊所海工裝備焊接工程實驗室揭牌儀式在中集海工研究院舉行。煙臺市副市長徐少寧，市政協(xié)副主席、區(qū)工委書記劉洪波，哈爾濱焊接研究所所長何實，市科技局局長許前東，中集來福士副總裁王建中參加了揭牌儀式。

根據(jù)合作協(xié)議，實驗室成立后，將滿足煙臺裝備制造業(yè)對先進焊接技術(shù)，特別是海洋工程鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)及新工藝應(yīng)用、焊接自動化裝備、高效優(yōu)質(zhì)焊接新材料、激光焊接與切割、焊接結(jié)構(gòu)安全及評定、無損檢驗及自動化生產(chǎn)線等方面的需求。

（本刊訊）

唐麟，武漢光谷建設(shè)投資有限公司；明瑞云，浙江中南智能科技有限公司。