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        南水北調(diào)中線干線PCCP 換管項目鋼管焊接工藝試驗

        2021-05-24 01:00:18
        中國水利 2021年8期
        關(guān)鍵詞:焊口焊絲坡口

        石 菊

        (北京金河水務(wù)建設(shè)集團有限公司,102206,北京)

        南水北調(diào)中線干線北京段工程西甘池隧洞出口PCCP 換管項目,增設(shè)調(diào)壓塔優(yōu)化下游PCCP 管道運行條件,從而提高南水北調(diào)向北京市供水的安全性。主要建設(shè)內(nèi)容為雙線85m 長PCCP管道換成DN4000 壓力鋼管。

        本項目開工日期為2019 年12 月16 日,合同工期為一年,DN4000 主干線通水節(jié)點工期為2020 年6 月1 日。

        一、確定焊接方法

        1.確定鋼管安裝施工方案

        DN4000 鋼管雙線布置, 每節(jié)鋼管按照 5 m 至 7.5 m 加工訂做, 包括彎頭4 個、 帶法蘭短管和湊合節(jié)各2個,施工現(xiàn)場形成約28 道環(huán)形焊口。

        為保通水節(jié)點工期, 本項目以DN4000 鋼管安裝及包封混凝土施工為主線。 在基槽全部開挖完成后,計劃鋼管從 2020 年 2 月 15 日開始,4月30 日結(jié)束,雙向自上、下游同時向中間安裝,共計4 個工作面,用時75天,在檢修井內(nèi)湊合節(jié)處合攏。

        鋼管安裝前,鋼管中心、高程和里程等控制點宜永久保留,并作出明顯標記。

        湊合節(jié)現(xiàn)場安裝時余量宜采用半機械化熱切割, 切割質(zhì)量應(yīng)符合《水利工程壓力鋼管制造安裝及驗收》(SL 432—2008)標準。

        支墩應(yīng)具有足夠的強度和穩(wěn)定性,鋼管在安裝過程中不應(yīng)發(fā)生位移和變形。 本項目管道支墩采用C30 混凝土支墩,尺寸為2 000 mm×750 mm×500 mm,預(yù)埋插筋。

        2.確定鋼管焊接方法

        焊接方法主要根據(jù)工期及現(xiàn)場實際情況決定采用。 本項目鋼管安裝計劃用時75 天, 其中減去考慮不確定影響因素制約20 天, 剩余56 天。施工現(xiàn)場 28 道環(huán)形焊口,4 個工作面,每個工作面負責7 道焊口,每道焊口計劃用時8 天, 才能保證56 天完成。 另外每道焊口考慮交叉作業(yè)、彎頭安裝、湊合節(jié)安裝、焊口檢測等其他工作內(nèi)容影響4 天,最后每道焊口必須在4 天內(nèi)完成焊接工作。 擬定每個焊口投入2 名焊工,根據(jù)2 名焊工 4 天完成1 條焊縫(厚度 35 mm,長12.56 m)的工期要求,最終選擇高效的CO2氣體保護焊。

        二、焊接工藝試驗

        通過焊接工藝試驗確定擬定的焊接工藝能否保證安裝質(zhì)量,如焊接遍數(shù)、焊接電流和電壓的大小、焊接速度、焊劑型號、焊接人員等參數(shù)。

        1.編制焊接工藝試驗計劃

        結(jié)合工程實際,在計劃中明確焊接工藝預(yù)定的參數(shù),經(jīng)審批后實施工藝試驗。

        2.按計劃施焊

        (1)試驗前準備

        ①焊接工藝試驗試件檢測單位選擇“國家金屬制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”第三方檢測機構(gòu)進行檢驗。

        ②參加焊接的焊工均經(jīng)過現(xiàn)場考試合格并有執(zhí)業(yè)資格證書。 焊接前,項目部應(yīng)對參試技術(shù)人員和焊工進行技術(shù)和安全培訓(xùn)教育,各崗位熟悉焊接工藝流程及施工中的注意事項和安全措施,焊工應(yīng)熟知焊接工藝預(yù)定參數(shù),確保焊接工藝試驗順利。

        ③焊接條件。 試驗場地風速小于2 m/s 時施焊;焊接施工前注意收聽和查看天氣預(yù)報,焊接時環(huán)境溫度不低于-5℃,避開雨天和雪天,相對濕度不大于90%。

        ④焊接材料。 本項目焊接母材材質(zhì)為Q235C,查《水工金屬結(jié)構(gòu)焊接通用技術(shù)條件》(SL 36—2016)表 1 選擇ER50-6 焊絲,根據(jù)《氣體保護焊電弧焊用碳鋼、 低合金鋼焊絲》(GB/T 8110—2008)選擇焊絲直徑為1.2 mm(直徑偏差+0.01,-0.04 mm)。 ER50-6焊絲需在室內(nèi)保存, 使用前無需預(yù)熱;道間溫度 135~165℃;焊后不需要熱處理。 焊接熱輸入、道數(shù)和層數(shù)依據(jù) 《非合金鋼及細晶粒鋼藥芯焊絲》(GB/T 10045—2018)要求選用。

        焊絲入場進行外觀、包裝及產(chǎn)品質(zhì)量證明書等方面的檢驗,驗收合格后方可入庫存放。 焊絲存放在通風、干燥的庫房內(nèi)(室溫不低于5℃、相對濕度不超過60%),并置于貨架上,距地面和墻面間距應(yīng)大于300 mm 以上。 焊絲堆放整齊,用標簽做好標記。庫房設(shè)專人負責保管、 發(fā)放和回收,并保持相應(yīng)記錄。 使用前檢查焊絲表面是否有鐵銹、氧化皮、油污等污物。

        ⑤焊接設(shè)備。 采用NB-500 電焊機 2 臺,ZXA-630 碳弧氣刨機 1 臺,SIM-FF-150A 角向磨光機 1 臺,CG1-30半自動切割機1 臺,空氣壓縮機1 臺。

        ⑥試驗記錄用表。 要做好焊接條件記錄表(包括焊工姓名、試板材質(zhì)及規(guī)格、坡口加工形成尺寸、焊材種類、試件編號、施焊時間、試板焊接位置等)和焊接參數(shù)記錄表(包括各層、道所用的焊絲規(guī)格、電源極性、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、層間溫度等)。

        (2)焊接試件

        ①試件制備。 選擇與鋼管同材質(zhì)的工藝試件,試件厚度35 mm,試件尺寸為 300 mm×350 mm,數(shù)量 2 塊。 坡口加工采用CG1-30 半自動切割機切割坡口, 切割后的坡口尺寸符合 《氣焊、焊條電弧焊、氣體保護焊和高能束焊的推薦坡口》(GB/T 985.1—2008)的規(guī)定外, 還應(yīng)在減少焊縫的填充金屬量、 保證接頭焊透、 減少焊接殘余應(yīng)力及變形、 防止產(chǎn)生缺陷、加工容易、 焊接操作方便等方面進行考慮。

        Q235 鋼板焊接前不需預(yù)熱。焊件組對對接焊縫,允許對口錯邊量遵照SL 36—2016 條款 5.6.2 的規(guī)定,本工藝試驗試件對口錯邊≤2 mm。加工制作時的對口錯邊量遵照SL 432—2008 表6 的規(guī)定?,F(xiàn)場安裝時的對口錯邊量遵照《水利水電工程單元工程施工質(zhì)量驗收評定標準-水工金屬結(jié)構(gòu)安裝工程》(SL 635—2012)的規(guī)定。

        ②焊接流程。 焊縫處坡口打磨→鋼板正面對接→背面定位焊→正面填充焊接→蓋面焊接→焊后清理→鋼板背面碳刨清根→填充焊接→蓋面焊接。

        ③工藝參數(shù)。 本項目按照GB/T 8110—2008 表 9 及以往焊接經(jīng)驗確定試驗相關(guān)參數(shù),詳見表1。

        ④焊接工藝。 Q235 壁厚35 mm鋼板, 采用半自動CO2氣體保護焊,正面焊接5 層 (其中第 1 層打底,最后1 層蓋面,中間為填充層),在背面焊接前先用碳刨將正面第1 層打底的焊肉全部清除干凈再焊接2 層(填充、蓋面各1 層)。 本項目壁厚35 mm鋼板焊縫最終6 層成型。

        ⑤焊接技術(shù)要求。 焊前清理坡口兩側(cè)10~20 mm 范圍打磨清除油銹;每層焊渣及飛濺清除干凈;小幅擺動多層多道焊;除根部焊道外,每道焊縫厚度≤6 mm;第6 層焊接前,采用碳弧氣刨清根并打磨滲碳層,露出金屬光澤。

        3.檢測試件

        工藝試驗的試件焊接完成后先自行進行外觀檢驗;無損檢測(射線或超聲任一即可)和焊接接頭的力學性能試驗需委托第三方進行檢驗。

        (1)外觀檢驗

        外觀質(zhì)量檢驗執(zhí)行SL 36—2016標準。 現(xiàn)場安裝時焊縫除表面裂紋外,焊縫外形尺寸和外觀質(zhì)量不符合規(guī)定時,焊工或焊接操作工可自行返工,進行修磨或按最終批復(fù)的工藝要求進行局部焊補,焊補的焊縫應(yīng)與原焊縫間保持平滑過渡。

        表1 工藝參數(shù)表

        (2)內(nèi)部無損檢測

        內(nèi)部無損檢測執(zhí)行SL 36—2016標準。 本項目焊縫為一類焊縫,施工現(xiàn)場焊縫內(nèi)部無損檢測委托質(zhì)量檢測公司進行。 無損檢測方法和檢測長度占焊縫總長的百分比執(zhí)行設(shè)計文件, 設(shè)計無要求時應(yīng)符合 SL 36—2016 或 SL 432—2008 的相關(guān)規(guī)定。本項目焊縫無損檢測設(shè)計要求進行100%超聲、25%射線檢測。

        (3)焊接接頭檢測

        將試板送至檢測單位,檢測單位先對試板上的焊縫進行無損檢測,合格后方可在試板上截取試驗用試樣。

        ①拉伸試驗取2 個試樣, 其中1個試樣檢測鋼板焊接接頭抗拉強度,垂直于焊縫取樣,檢驗依據(jù)《焊接接頭 拉 伸 試 驗 方 法 》 (GB/T 2651—2008), 其結(jié)果要求≥母材抗拉強度370 N/mm2;另1 個試樣檢測焊縫金屬抗拉強度、屈服強度、延伸率,在焊縫處取樣,檢驗依據(jù)《焊縫及熔敷金屬拉伸試驗方法》(GB/T 2652—2008)。其結(jié)果: 焊縫金屬抗拉強度≥500 N/mm2、屈服強度≥420 N/mm2、延伸率≥22%,此拉伸試件可檢驗焊絲的品質(zhì)。

        ②焊接接頭彎曲試驗(側(cè)彎)取4個試樣(垂直于焊縫取樣):檢驗依據(jù)《焊接接頭彎曲試驗方法》(GB/T 2653—2008); 試樣不應(yīng)該在任何方向出現(xiàn)大于3 mm 的缺欠。

        ③焊接接頭沖擊試驗取 3 個試樣(垂直于焊縫取樣):檢驗依據(jù)《焊接接頭沖擊試驗方法》(GB/T 2650—2008);標準要求-0℃沖擊功平均值≥27 J 且試樣單個值可以低于27 J,但不得低于19 J。

        4.形成焊接工藝評定報告

        試件外觀、內(nèi)部、接頭質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)符合工程技術(shù)要求和規(guī)范的規(guī)定時,焊接工藝評定為合格。 對于評定不合格項應(yīng)找出不合格原因,重新制定焊接參數(shù),再次制備試件進行焊接和檢測,直至合格。

        工藝試件檢測合格后,編制焊接工藝評定報告,其中委托第三方檢測的報告作為評定報告中的附件。 評定報告經(jīng)監(jiān)理單位審批后方可用于施工現(xiàn)場安裝。

        本工程最終確定的焊絲規(guī)格型號及參數(shù)如下所示:

        焊絲:型號ER50-6,直徑為1.2mm。

        焊接方法:CO2氣體保護焊。

        焊接參數(shù):正面采用CO2氣體保護焊打底、填充、蓋面(共計 5 遍),背面采用碳刨清根后再采用CO2氣體保護焊蓋面 (共計 2 遍)。 焊接電流120~160 A,焊接電壓 20~26 V,焊接速度6~10 cm/min, 保護氣體流量15 L/min,焊接熱輸入 15~25 kJ/cm。

        三、焊接質(zhì)量要求

        ①施焊前焊接檢查員應(yīng)全面檢查電源、焊機、焊槍、供氣系統(tǒng)、工裝等設(shè)備是否正常, 確認焊絲型號、規(guī)格及質(zhì)量是否符合要求。

        ②定位焊縫應(yīng)焊在焊縫背面,定位焊的引弧和熄弧在坡口內(nèi)進行,定位焊縫厚度為4~6 mm,長度為30~60 mm,間距小于等于400 mm。 清根時,應(yīng)清除定位焊縫并打磨干凈。

        ③正式焊接前應(yīng)檢查定位焊的質(zhì)量,如有裂紋、氣孔、夾渣等焊接缺陷應(yīng)清除干凈。

        ④鋼管焊接環(huán)境出現(xiàn)風速大于8 m/s,CO2氣體保護電弧焊時風速大于2 m/s;相對濕度大于90%;環(huán)境溫度低于-5℃任一情況時, 應(yīng)采取有效防護措施,方可焊接,否則禁止施焊。

        ⑤采用碳弧氣刨清根或清除焊接缺陷時,應(yīng)打磨清理氣刨表面和修磨刨槽,除去滲碳層。

        ⑥每條焊縫應(yīng)盡可能一次焊完,盡量避免中斷焊接。 當因故中斷焊接時,在重新焊接前,應(yīng)將表面清理干凈,確認無裂紋后,方可按原工藝繼續(xù)施焊。

        ⑦焊接嚴格按焊接工藝評定報告的焊接參數(shù)和焊接層數(shù)施焊, 不得隨意更改焊接參數(shù)。 可微調(diào)焊接電流、電弧電壓和焊接速度,但熱輸入不得大于焊接工藝評定合格的試件制作參數(shù)所示值的25%, 以確保焊接質(zhì)量。

        ⑧焊接質(zhì)量檢驗嚴格執(zhí)行“三檢制”。 焊工自檢,施工隊復(fù)檢,專職質(zhì)檢人員終檢。 主要對裂紋、表面夾渣、咬邊、表面氣孔、焊瘤、飛濺、焊縫余高等外觀質(zhì)量進行檢查,不合格的需及時返工。 外觀驗收通過后及時進行內(nèi)部質(zhì)量檢驗,合格后進行焊縫處內(nèi)外防腐。

        ⑨標準抗拉強度大于540 N/mm2的鋼材, 宜做生產(chǎn)性產(chǎn)品焊接試板,即中間產(chǎn)品檢驗。

        該項目通過對鋼管焊接工藝進行試驗研究,經(jīng)評定認為該工藝可滿足換管質(zhì)量要求,同時也為類似工程施工提供參考借鑒。

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