壓力鋼管安裝須注意的技術問題

2015-10-21 18:07:05李奮強

基層建設 2015年9期

李奮強

摘要：壓力鋼管的焊接采用墊板可減少焊接工作量，但彎管段不宜設墊板。使用履式卡具可使裝配速度快、質量好、裝配應力均勻、便于反復調整，是值得推薦的方法。鋼管內壁涂漆由于面漆容易在安裝過程中被損壞，尤其是鋼管底部，所以在制作場可將底部區域只涂底漆保護，面漆留在安裝后期涂裝。

關鍵詞：壓力鋼管焊接預熱；裝配；防腐涂裝；

1、壓力鋼管安裝的關鍵工序：焊接

（1）焊接預熱

壓力鋼管的安裝焊縫的焊接往往需要預熱進行焊接。焊接是否需要進行預熱，應根據鋼材的材質、板厚、結構剛度、裝配應力、接頭類型、焊接方法、焊接材料種類、施工環境條件及施工管理水平等作綜合考慮，這是一個比較復雜的問題，絕非翻閱一、兩個規范就能確定的。預熱與否及預熱溫度的確定，應按現場所做的焊接工藝評定來確定。如果合同文件其規定得無回旋余地，那么一旦出現了問題，則必然引起爭端。國內曾有過A537C1.1（HT50級）鋼、厚度22～24mm的壓力鋼管因未預熱而出現冷裂紋的實例。經試驗、分析斷定，主要是因為隧洞內濕度大（最高RH為100%）而引起的。后來雖經火焰去濕，但當裝配應力較大及濕度過高時，仍有裂紋產生，直至設置固定式加熱器才杜絕了裂紋的產生。實際上，諸多的預熱規范各有不同。例如（1）美國焊接研究學會推薦，氣溫>10℃時，厚度≤25.4mm的鋼不預熱。（2）日本壓力鋼管規范：厚度<25mm時，預熱到去濕程度。（3）ASMEⅧ附錄D：推薦最低溫度為10℃（對于所有厚度）。（4）DL5017—93：厚度≤30mm不預熱（尚有例外的環境條件，但未提及濕度）。

預熱溫度的選擇也是要根據現場的實際情況而定。不同的部位不同的環境預熱的溫度也不同。例如鋼的供貨廠商日本NKK公司推薦其隧洞內安裝的預熱溫度為100℃以上，但其也不能明確預熱的溫度。主要是是考慮到濕度、裝配應力及管理水平等不確定的狀況所作出的選擇。其中管理水平對預熱選擇有較大的影響，譬如移動式火焰預熱法，如果管理者及操作者技術水平不高，責任心又不強，則很難實現均勻預熱；另一方面，應保證幾名焊工同步焊一條縫，這樣，除能防止不均勻收縮變形引起的鋼管偏移外，尚利于保證層間溫度。

（2）焊接墊板

墊板的優點

1.減少隧洞與鋼管外壁的焊接工作量。例如融水縣榮地電站壓力鋼管外壁距隧洞壁的設計尺寸僅為600 mm，最小處只有約200mm。只在鋼管內作業，才能確保施工。

2.鋼管內通風條件好，便于設備、材料的搬運、確保安全施工。

3.省去氣刨及刨槽打磨工序。

應用墊板的注意事項

（a）墊板應沿焊縫全長連續設置，墊板間的接頭應為全焊透接頭。分成兩個半圓的墊板不能滿足這個條件，這是因為出于裝配的需要，每塊墊板須小于180°，這樣，裝配后的兩墊板間隙一般20mm左右，這種幾何不連續性可能誘發橫向裂紋。

（b）不適合于TH80級以上的高強鋼。某工程曾做過A517GrF（HT80級）和A537C1.1鋼相焊的工藝評定，其冷彎試驗在40°時即開裂。其次，強度高的鋼對缺口敏感，而墊板接頭則形成“變截面”和構成缺口。

（c）不適合于厚板。因V型坡口焊接填充量比X型坡口大，且收縮應力較大；另一方面，一旦根部產生缺陷，則返修量大。

（d）墊板與管殼外壁間隙應盡量小。當其大于3mm時，容易產生缺陷，在裝配與焊接時務必注意。

（e）管外設計空間大小應與x射線探傷統一考慮。日本是采用自動裝x膠片的小車，或以自動記錄式超聲波探傷取代x射線。

（f）異形管坡口

對于彎管、錐管及岔管等異形管的坡口設計與加工，應注意“坡口角度與坡口面角度的區別。譬如彎管，兩坡口面角度之和大于或小于其所形成的坡口角度。

2、裝配

壓力鋼管安裝裝配大致有以下方法。

（1）傳統的裝配方法。系借助于拉板、Г型板調整對口（見圖1）。這種方法較簡便，又能預防變形，但焊接、拆除這些附件較麻煩。

圖1 傳統的裝配方法

（2）履式卡具。這是日本應用于壓力鋼管及其他焊接結構（例球罐）的通用卡具。使用方法是預先將鍵在車間焊好，裝配時，將履套在鍵上，插上銷，再用楔調整間隙和錯邊。調整合格后，可將銷、楔點焊，以防滑落。然后進行定位焊。待正式焊接至兩層之后，再拆除卡具。該方法的優點是裝配速度快，質量好，裝配應力均勻，可反復調整，直至合格。缺點是需預先制作卡具。總的來講，值得推薦。

（3）千斤頂調整桿。該方法的特點是不需焊接任何附件，用千斤頂調整桿和手拉葫蘆進行裝配（見圖2）缺點是最終調整部位往往應力較大，調整難度也大，效率低，有時需將定位焊縫割除重新調整。此法適于直徑較小、壁薄的管。

對于HT80級之類的高強鋼，雖應盡量避免在其上面焊接臨時附件，但并非禁止。日本在HT80級鋼上焊接卡具是很普遍的做法，但應對其焊接與拆除工藝作詳細規定和控制。

3、涂裝

（1）鋼管內壁涂裝

如果鋼管在制作階段完成最終涂漆并達到設計膜厚，則在其后的安裝中涂膜難免被損壞，施以修補不僅費時，且不易保證質量。因此，可采用以下方法。

（a）面漆移至安裝后涂裝。鋼管內壁防腐涂料較廣泛地采用環氧瀝青漆，其設計厚度一般為400～500μm，大致涂2～3道。其最大允許重涂時間，以海鷗牌P514/C514型涂料為例，一般為48h，也因作業環境條件而異。這樣，若將最終涂層延至安裝后進行，則時間間隔有時會是幾個月。為防止層間剝離，在安裝涂漆前須對前涂層表面進行粗化處理。某工程采用的是效率高的噴砂處理，壓力為0.4MPa、噴射角60°～70°、噴射距離100～200mm，經附著性試驗合格。此方法的缺點是惡化洞內作業條件，成本也較高，一般不采用。

（b）在制作工場只涂車間底漆。有的工程是在制作工場噴砂后只涂車間底漆，在安裝涂漆前再作“凈化噴砂”，除去鋅、鹽和污物。在生銹區域和焊接接頭區噴砂到清潔度符合ISO21/2級，然后統一涂中間漆和面漆。此種方法的優點是質量好，缺點是需噴砂兩次。

（2）外壁防腐

隧洞內鋼管外壁防腐一般是涂水泥砂漿。外壁防腐不是必需的，只有當從制作結束到安裝回填混凝土的時間間隔長時才需要。例如，地處氣候干燥地區的二灘水電站，鋼管外壁就未作防腐處理。在安裝澆筑混凝土之前對焊接接頭區補涂水泥漿的做法是多余的。

4、結論

（1）合同規范宜對預熱只作原則性規定，給予承包商選擇的余地。

（2）確定預熱規范應充分估計到環境濕度的影響。

（3）移動式火焰預熱法難以管理，不能有效地防止裂紋。

（4）采用墊板有諸多的注意事項，在設計與施工方面應予以綜合考慮。

（5）坡口設計應考慮鋼管安裝接頭的特點。對于異形管接頭，應注意坡口角度和坡口面角度的關系。

（6）鋼管裝配推薦采用履式卡具。

（7）應恰當地選擇制作涂漆和安裝涂漆的時機，注意最大允許重涂時間間隔。

（8）隧洞內鋼管外壁防腐不是必需的。