張勝玉

上海市安裝工程集團(tuán)有限公司 上海 200080

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,電子、生物醫(yī)藥及食品行業(yè)生產(chǎn)廠房設(shè)施中的氣體、液體供給系統(tǒng)所使用的不銹鋼潔凈管道市場快速增長。隨著電子、生物醫(yī)藥及食品行業(yè)產(chǎn)品制程技術(shù)精度的日益增加，對管路中氣體液體的潔凈程度要求也越來越嚴(yán)格。

1 工程概況

上海市安裝工程集團(tuán)有限公司承接的工程為上海和輝光電公司第六代AMOLED 顯示項(xiàng)目壓縮空氣系統(tǒng)，包括離心式空壓機(jī)、螺桿空壓機(jī)、高低壓控制盤、緩沖罐、冷卻器、干燥機(jī)、過濾器、終端過濾器、水泵、風(fēng)機(jī)、管路、閥門及其之間的銜接。

壓縮空氣后處理流程如下：空壓機(jī)→緩沖罐→后部冷卻器→前置過濾器→外鼓風(fēng)零氣耗干燥機(jī)→后置過濾器→活性炭過濾器→緩沖罐→終端過濾器。

本工程管材選用AP 級/ BA 級潔凈不銹鋼管，最大管徑DN800，采用焊接連接。潔凈不銹鋼管道中壓縮空氣的主要功能為吹除AMOLED 屏幕生產(chǎn)過程中顯示屏上殘存的微米級灰塵。鑒于顯示屏表面極度的潔凈要求，設(shè)計(jì)對吹掃氣體品質(zhì)提出了明確指標(biāo)規(guī)定：顆粒＜10 顆，＞0.1μm/ ft3/ 3 次，系統(tǒng)終端過濾器濾孔尺寸為0.01μm，過濾率99.99999999%。施工過程中任何殘存的雜質(zhì)都將影響氣體品質(zhì)，堵塞過濾器，影響系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮。

2 難點(diǎn)及措施

在安裝現(xiàn)場開放式環(huán)境下對原材料加工、預(yù)制，受制于現(xiàn)場的條件簡陋、作業(yè)環(huán)境差，對大口徑不銹鋼潔凈管道進(jìn)行施工存在較大的難度。

（1）空間管理難度大。為此，采用BIM 進(jìn)行空間規(guī)劃與管理。

（2）管道內(nèi)的潔凈度要求高。整個項(xiàng)目的重中之重是如何保障管道系統(tǒng)在一系列的加工、安裝、調(diào)試過程中，始終保持管道內(nèi)的潔凈度達(dá)標(biāo)。

（3）不銹鋼管道不允許火焰加熱，不允許出現(xiàn)較大錯邊、變形和應(yīng)力。由于本工程的不銹鋼管道潔凈度等級達(dá)到AP 和BA 級，管道內(nèi)壁不允許觸摸。管道組對時外壁不允許用火焰加熱的方法，管道內(nèi)壁也不允許施加外力來校正管道的錯邊現(xiàn)象。同時，不允許管道組對時的定位焊焊點(diǎn)出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。

（4）304L 不銹鋼潔凈管道焊接質(zhì)量要求高。本項(xiàng)目為精密電子工程，對壓縮空氣的潔凈要求非常高，這對304L 不銹鋼管道的焊接質(zhì)量提出了非常高的要求。304L 不銹鋼在運(yùn)輸時及整個施工過程中，都需充滿惰性氣體保護(hù)，這給施工帶來了不便。另外，本工程304L不銹鋼最大管徑達(dá)到DN800，壁厚為8.8mm，需進(jìn)行根部焊接，在焊接過程中不得污染管道內(nèi)部，這對施工環(huán)境及施工技術(shù)提出了極高的要求

（5）不銹鋼潔凈管道內(nèi)壁焊縫顏色要求國內(nèi)無標(biāo)準(zhǔn)。由于不銹鋼潔凈管道內(nèi)壁焊縫顏色要求國內(nèi)無相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，是否合格無評判依據(jù)，給施工帶來困難和不便。后來，借鑒美國焊接學(xué)會的標(biāo)準(zhǔn)AWS D18.1：2009，經(jīng)與業(yè)主反復(fù)協(xié)商，并經(jīng)現(xiàn)場焊接效果多次驗(yàn)證（包括大口徑管手工氬弧焊和小管全自動氬弧焊），最后雙方達(dá)成一致，不銹鋼管內(nèi)壁焊縫顏色必須至少達(dá)到3 級，焊工焊出來的試樣經(jīng)業(yè)主認(rèn)可后才能正式開始施焊產(chǎn)品。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 基于BIM的管段預(yù)制加工圖深化技術(shù)

在工程設(shè)計(jì)階段，利用三維可視化設(shè)計(jì)和仿真模擬技術(shù)減少設(shè)計(jì)錯誤，解決管線綜合以及與建筑結(jié)構(gòu)的碰撞問題，包括施工圖紙的直接沖突、管線設(shè)備安裝時的操作空間、設(shè)備檢修必需的空間占位、大型設(shè)備吊裝和運(yùn)輸路線分析等。在正式施工之前解決上述問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到確保工程質(zhì)量、控制工程造價的目標(biāo)。

（1）BIM 碰撞測試:在管道預(yù)制前，進(jìn)行BIM 碰撞和美觀檢查，確保預(yù)制管路到現(xiàn)場對接時，現(xiàn)場無碰撞。

（2）BIM 碰撞測試完成后，繪制最終版系統(tǒng)圖；再根據(jù)系統(tǒng)圖對管路進(jìn)行分段，確定工廠加工詳圖。

（3）在確定管道工程加工詳圖時，需考慮各規(guī)格閥門尺寸，并與廠家聯(lián)系，取得各規(guī)格閥門詳細(xì)資料；與廠家確定管道及配件預(yù)制加工技術(shù)文件；確定不銹鋼各分段詳細(xì)參數(shù)表，確保與加工技術(shù)文件無誤。

3.2 大口徑不銹鋼潔凈管道工廠化預(yù)制技術(shù)

3.2.1 潔凈室（預(yù)制間）搭建

潔凈室框架采用鍍鋅角鋼，焊接連接。潔凈室外鋪設(shè)防靜電PVC 膜，室內(nèi)配備了潔凈服與潔凈鞋，地面上鋪設(shè)防靜電PVC 地板革。潔凈室頂部均勻分布風(fēng)量為1200m3/ h，過濾效率99.99%/ 0.3μm 的FFU 高效過濾器。

承載不銹鋼潔凈管道的焊接支撐件材質(zhì)為鍍鋅碳鋼。在支撐件上鋪設(shè)聚四氟乙烯白色墊片，用于阻隔不銹鋼管和碳鋼，防止二者接觸。

3.2.2 管道預(yù)制與布置

本工程不銹鋼管道在安裝過程中盡量擴(kuò)大預(yù)制量?，F(xiàn)場加工預(yù)制時，在專用的場地進(jìn)行，嚴(yán)禁和加工預(yù)制碳素鋼的場地混用。

管道預(yù)制需注意以下幾點(diǎn)：

（1）預(yù)制前應(yīng)認(rèn)真核對管線圖和現(xiàn)場實(shí)測尺寸，預(yù)制管段的組合尺寸應(yīng)符合要求。

（2）管子對口時，應(yīng)檢查平直度，在距接口中心200mm 測量，允許偏差2mm。全長運(yùn)行偏差最大不超過10mm。

（3）管道組對時，焊口不得采用強(qiáng)力對口、加熱管子等方法消除原有缺陷，以免造成附加應(yīng)力。管子、管件組對時，應(yīng)使內(nèi)壁平齊，內(nèi)壁錯邊量應(yīng)為壁厚的10%，且不應(yīng)大于2mm。

（4）管道在組對前，應(yīng)清理管道內(nèi)外表面，將坡口兩側(cè)內(nèi)、外壁20mm 范圍內(nèi)的油、漆、垢、銹等清除干凈，直至發(fā)出金屬光澤。

（5）焊接接頭組對前，應(yīng)確認(rèn)坡口加工型式、尺寸，且表面不得有裂紋、夾層等缺陷，焊件的坡口加工應(yīng)按規(guī)定要求進(jìn)行。

（6）不銹鋼管道組對時，要避免金屬表面出現(xiàn)機(jī)械損傷，應(yīng)采用吊裝或吊帶搬運(yùn)。

（7）不銹鋼管道組對時，應(yīng)采取防污措施。施工工具應(yīng)保持清潔，不得使用造成鐵污染的黑色金屬工具。施工過程中，應(yīng)防止其他管道切割、焊接時的飛濺物對其造成污染。

（8）預(yù)制完成的管段，應(yīng)將內(nèi)部清理干凈，并及時封閉管口。焊接接頭處應(yīng)標(biāo)明管道編號、焊口號和焊工號。

3.3 大口徑不銹鋼潔凈管道焊接技術(shù)

3.3.1 焊接要求

（1）大口徑不銹鋼管道內(nèi)部必須保持潔凈，焊接時內(nèi)壁應(yīng)避免氧化，焊縫應(yīng)光滑、明亮、潔凈，不得出現(xiàn)發(fā)藍(lán)、發(fā)黑現(xiàn)象；

（2）不得進(jìn)入不銹鋼管道內(nèi)部焊接，只允許單面焊，即焊工必須具備單面焊雙面成形的技能；

（3）不銹鋼潔凈管道外部的坡口、焊道不得用砂輪打磨機(jī)清理，只允許用百潔布或不銹鋼絲刷清理；

（4）不銹鋼潔凈管道焊后，內(nèi)壁不允許酸洗鈍化、不允許打磨拋光或鋼絲刷清理，以避免產(chǎn)生污染。焊后只允許用5N 的氮?dú)饣驓鍤獯祾撸?/p>

（5） 不銹鋼潔凈管道內(nèi)部焊縫表面顏色按照AWS D18.1：2009 的要求，必須達(dá)到1—3 級，4—10級為不合格。

3.3.2 焊接要點(diǎn)

3.3.2.1 選擇手工鎢極氬弧焊加焊絲(308L)焊接

針對上述要求，本工程大口徑不銹鋼潔凈管道的焊接采用手工鎢極氬弧焊加焊絲(308L)焊接。這是基于如下考慮：

（1）由于氬氣是惰性氣體，焊接過程中不參與任何冶金反應(yīng)，熔池非常鎮(zhèn)靜、易于控制，根部焊道無渣、無飛濺，焊后根部焊道可免除清理。

（2）由于電弧受到氬氣氣流的壓縮和冷卻作用，電弧能量比較集中，電弧電壓低，燃燒穩(wěn)定，熱影響區(qū)小。

（3）手工鎢極氬弧焊槍操作靈活方便，通過填絲動作可隨時隨意地配合電弧控制焊縫根部的熔孔大小形狀，很容易保證根部及背面成形良好。由于熱源和填充焊絲可分別控制，因而熱輸入容易調(diào)整，所以鎢極氬弧焊可進(jìn)行全位置焊接，也是實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形的理想方法。

（4）由于本工程不銹鋼管徑較大，沒有相應(yīng)的全自動氬弧焊機(jī)（母材自熔焊接），所以只能采用手工鎢極氬弧焊加焊絲焊接（當(dāng)然施工難度大）。

從保證焊縫顏色和耐腐蝕性等角度而言，自然希望焊接熱輸入小一些為好，但焊絲熔化需要額外的熱量，所以加焊絲焊接比母材自熔焊需要的熱輸入大，這存在不利的一面。此外，從保證焊透和單面焊雙面成形的角度來看，熱輸入又不能小。這顯然存在矛盾之處，因而對焊工的技能提出了非常高的要求。

3.3.2.2 保證焊接質(zhì)量的具體措施

由于本工程的特殊要求，焊工必須具備奧氏體不銹鋼管的單面焊雙面成形技能，加之又是壓力管道，為保證焊接質(zhì)量作出如下規(guī)定：

（1）從事不銹鋼潔凈管道焊接的焊工必須按照TSG Z6002- 2010《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》的要求考試，并取得質(zhì)監(jiān)局頒發(fā)的《特種設(shè)備作業(yè)人員證》相應(yīng)項(xiàng)目GTAW- FeⅣ- 5G 或GTAW- FeⅣ- 6G資格（不是5G（K）或6G(K)，且項(xiàng)目資格必須在有效期內(nèi)。具備上述資格的焊工在焊接不銹鋼潔凈管道前還應(yīng)先試焊樣品，經(jīng)現(xiàn)場培訓(xùn)考試，達(dá)標(biāo)后，方能正式焊接產(chǎn)品。每天上班施焊作業(yè)前都要進(jìn)行考試，考試合格才能從事當(dāng)天的焊接工作。

（2）為了確保高潔凈度，搭設(shè)了專門的潔凈室用于不銹鋼潔凈管道的焊接生產(chǎn)。為防止鐵離子和其他有害雜質(zhì)的污染，嚴(yán)格禁止與碳鋼管混合作業(yè)；生產(chǎn)場地必須保持清潔、干燥，地面鋪設(shè)橡膠或木質(zhì)墊板；半成品、成品的堆放配有木質(zhì)堆放架；生產(chǎn)過程中使用專用滾輪架（如滾輪襯有橡膠等）、吊夾具及其他工藝裝備；起吊吊纜采用繩制吊纜；不銹鋼潔凈管道在周轉(zhuǎn)和運(yùn)輸過程中，要配備必要的防鐵離子污染和磕、劃傷的運(yùn)送工具；運(yùn)作過程中嚴(yán)禁與碳鋼的貨架、工具或其他尖硬物體直接接觸。

（3）不銹鋼潔凈管道的保護(hù)氣體必須選用純度大于99.999%的高純氬。氬氣應(yīng)符合GB/ T 4842- 2006《氬》的規(guī)定。如果氬氣中的雜質(zhì)含量超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，在焊接過程中不但影響對熔化金屬的保護(hù)，而且極易使焊縫產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷，使焊接接頭質(zhì)量變壞，并使鎢極的燒損量增加。由于多個班組焊接，需氣量大（尤其是充氬量極大），單瓶無法提供足夠氣量，所以建立了專門的氬氣站。管子開封前應(yīng)預(yù)先做好管內(nèi)充氬的準(zhǔn)備工作。管子在去掉塑料外包裝后，要輕輕的取下兩端的塑料密封套，并立即充氬，防止空氣污染。

（4）為防止焊縫區(qū)因表面氧化而造成不銹鋼管內(nèi)壁變色和抗腐蝕能力下降，焊縫背面應(yīng)采取充氬保護(hù)措施。保護(hù)措施可根據(jù)管道直徑的大小與復(fù)雜程度采用整體或局部充氬方法。采用整管充氬保護(hù)法充氬時，要用海綿或膠帶將管子兩頭封住，同時用膠帶封住全部待焊接縫；采用局部充氬保護(hù)法充氬時，要在焊縫兩側(cè)200～250mm 處用定制的海綿等專用物質(zhì)塞住，并用膠帶封住所有的待焊接縫。

（5）焊前應(yīng)對管內(nèi)進(jìn)行預(yù)先充氬，充氬時間原則上以氬氣全部置換完密封段內(nèi)空氣為準(zhǔn)（一般為1～2h）。充氬開始時，宜采用較大的流量（充氬流量為25～75L/ min），確保管內(nèi)空氣完全排除后方可施焊；焊接時背面保護(hù)用的氬氣流量應(yīng)適當(dāng)降低，避免出現(xiàn)凹坑。當(dāng)完成打底層焊接后，可將充氣流量調(diào)整至6～8L/ min，然后進(jìn)行后續(xù)的焊接。

（6）第一層焊完后，應(yīng)趁焊縫高溫時用不銹鋼鋼絲刷將焊縫表面刷干凈。在高溫冷卻過程中應(yīng)持續(xù)通氬氣防止氧化，冷卻至道間溫度低于60℃時方能焊接第二道。第二道工序同上。注意刷焊道時，應(yīng)從上往下刷，并將刷焊道的范圍減到最小。

（7）為防止空氣侵入熔池，焊接時不能把貼在接縫處的膠帶一次除去，應(yīng)撕一段焊一段。焊接中電極尖端到熔池表面的距離一般不要超過電極直徑，焊槍擺動速度不宜過快，焊絲填充時應(yīng)平穩(wěn)地送入電弧區(qū)，焊絲前端應(yīng)置于保護(hù)氣體中。在保證焊透和熔合良好的條件下，宜采用小電流、短電弧、快焊速和多層多道焊工藝，并應(yīng)控制道間溫度。應(yīng)在坡口內(nèi)引弧，焊件表面不得有電弧擦傷，并不得在焊件表面引弧、收弧。焊接中應(yīng)確保引弧與收弧處的質(zhì)量，收弧時應(yīng)將弧坑填滿。相鄰焊道的起弧或收弧處應(yīng)相互錯開30mm 以上。注意要將焊縫表面熔渣、氧化物、油脂和銹跡等清除干凈后，再繼續(xù)施焊。

3.4 不銹鋼潔凈管道安裝施工精確度控制技術(shù)

3.4.1 現(xiàn)場安裝技術(shù)

（1）不銹鋼管材、管件及其管道組成件應(yīng)隨用隨出庫，盡量避免在現(xiàn)場較長時間存放。

（2）在現(xiàn)場安裝過程中，不得使用可能造成鐵離子污染的工具。不銹鋼管道不準(zhǔn)直接與碳素鋼制品接觸，在接觸處必須襯墊不含氯離子的塑料、橡膠。

（3）不銹鋼管道安裝前應(yīng)對管子、管件、閥門等進(jìn)行檢查，以免由于牌號或化學(xué)成分與設(shè)計(jì)要求不符造成返工。如設(shè)計(jì)有特殊要求，需按設(shè)計(jì)要求處理。

（4）在現(xiàn)場安裝工程中應(yīng)謹(jǐn)防尖銳或硬性物質(zhì)劃傷、擦傷不銹鋼管材、管件及其管道組成件表面。一旦有局部磕碰或劃傷等影響耐腐蝕性能的缺陷，則該管材、管件及其管道組成件不得再安裝。

（5）臨時性潔凈室裝設(shè)在現(xiàn)場。管路施工中，所有預(yù)作管線部份均需在臨時性潔凈室內(nèi)進(jìn)行，以控制微塵數(shù)。

（6）每一段切割至所需長度的管子，最后均需以純度為99.999%氬氣噴洗，以避免有小碎片殘留。噴洗完后立刻以帽蓋覆在兩端開口，并以塑膠套膜包裝好儲存，直到需要安裝這些管線前再行拆封。

（7）管線支架的裝設(shè)：支架的材質(zhì)需為槽鋼，且裝配在天花板、墻緣、梁柱及設(shè)施等之上，以固定管線；支架的擺設(shè)位置，需依現(xiàn)場實(shí)際狀況，予以量測并架配；配管時需考慮管線工作處、維護(hù)及配設(shè)之美觀程度等；管線之間的架設(shè)間距不能大于規(guī)范要求的最大允許跨度；螺釘與螺帽的材質(zhì)，需為不銹鋼制品。支架間距見表1。

表1 管線支架間距

3.4.2 精確度控制技術(shù)

本工程大口徑不銹鋼管道都是在臺灣工廠預(yù)制加工、潔凈處理合格后運(yùn)至施工現(xiàn)場進(jìn)行進(jìn)一步深加工。如果管段安裝錯誤或者加工尺寸偏差較大，出現(xiàn)返廠或重新訂貨加工的情況，對整個施工工期及施工成本將造成極大的損失。這就要求在施工過程中細(xì)化安裝工藝，加強(qiáng)安裝精度的檢驗(yàn)檢測，強(qiáng)化施工管理措施。每段管道及管配件安裝完成后，需要進(jìn)行管道尺寸復(fù)核檢驗(yàn)，這不僅僅是對單項(xiàng)管道安裝精度的檢驗(yàn)，還能及時對整個管道系統(tǒng)安裝誤差進(jìn)行調(diào)控，確保萬無一失，為后期整個系統(tǒng)的質(zhì)量達(dá)標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

針對施工中遇到的難題，管道組采用與管道規(guī)格相同型號的管道外對口器（可調(diào)螺桿端部焊不銹鋼墊片以防止污染不銹鋼管道，見圖1）來解決管道組對時錯邊的問題，利用特殊的夾具消除管道錯邊現(xiàn)象，在管道錯邊量達(dá)標(biāo)后可夾緊對口器夾具來代替定位焊的功能。與此同時，摒棄傳統(tǒng)的管道定位焊工序，直接采用兩個焊工從管道的兩個側(cè)面同時進(jìn)行正式氬弧焊焊接作業(yè)。由于管道兩側(cè)是同時受力，焊接過程中可減少變形達(dá)到應(yīng)力平衡，保證了管道的組對及焊接質(zhì)量。

圖1 管道外對口器

4 創(chuàng)新點(diǎn)

本工程大口徑潔凈不銹鋼管道工廠化預(yù)制、焊接、裝配安裝等關(guān)鍵技術(shù)取得了以下創(chuàng)新成果：

（1）通過采用基于BIM 管段預(yù)制加工圖深化技術(shù)，有效避免了施工過程中管線的碰撞及大量返工。

（2）采用大口徑不銹鋼潔凈管道工廠化預(yù)制技術(shù)，施工現(xiàn)場設(shè)置10000 級不銹鋼潔凈管道潔凈室（預(yù)制車間），創(chuàng)新了潔凈管道工廠化預(yù)制施工技術(shù)，既保證產(chǎn)品質(zhì)量，又提高工作效率。

（3）開發(fā)了大口徑不銹鋼管道專用的外對口工夾具，大幅提高管道組對精度，并且實(shí)現(xiàn)管段快速組對安裝。

（4）針對大口徑不銹鋼潔凈管道的工藝要求，研制了專項(xiàng)焊接工藝及保護(hù)裝置，確保管道焊接達(dá)到AWS D18.1:2009 標(biāo)準(zhǔn)1—3 級。

（5）對管道預(yù)制、裝配安裝、焊接、吹掃、調(diào)試等關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)全過程控制，最終整個管道系統(tǒng)的空氣質(zhì)量達(dá)到＞0.1μm/ ft3的顆粒＜10 顆的標(biāo)準(zhǔn)，滿足工程要求。

5 結(jié)語

通過采用大口徑不銹鋼潔凈管道一系列關(guān)鍵技術(shù)，和輝光電第六代AMOLED 顯示項(xiàng)目凈化壓縮空氣系統(tǒng)，施工得以順利開展，避免了工期延誤。本工程無論是在管道前期工廠預(yù)制加工方面，還是在施工現(xiàn)場方面，都采用了以往施工中罕見的新技術(shù)，尤其是利用BIM 建模方法將整個管道系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)部劃分，有效地指導(dǎo)管道安裝。其次，在施工過程中落實(shí)潔凈度要求，從施工現(xiàn)場臨時潔凈室的選型、搭建，到管道進(jìn)入現(xiàn)場存儲、組對、焊接等諸多環(huán)節(jié)上盡量減少污染、保持管道的潔凈度，從而保證了整個管道系統(tǒng)在空氣質(zhì)量檢測中順利達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。該大口徑不銹鋼潔凈管道一系列關(guān)鍵施工新技術(shù)的使用，保證了本項(xiàng)目壓縮空氣系統(tǒng)的順利運(yùn)行。