大直徑頂進(jìn)鋼管焊縫質(zhì)量控制措施

(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

一、工程概況

廣州市白云區(qū)石井污水處理系統(tǒng)管網(wǎng)工程，本工程線(xiàn)路全長(zhǎng)17.515Km，工程造價(jià)約9.08個(gè)億，該工程包括渠箱和頂管兩大部分，其中頂管工程段總長(zhǎng)約9.225Km。頂管施工采用泥水平衡機(jī)械頂管施工工藝，管材采用專(zhuān)用頂管鋼管，鋼管直徑3056mm，壁厚28mm,每節(jié)長(zhǎng)6m，鋼管焊接采用CO2藥芯焊絲電弧焊方法進(jìn)行焊接。由于管道埋置較深，周邊環(huán)境復(fù)雜，不利因素眾多，施工難度大，再加上管道位于河涌低，為保證管道的封密性、抗腐蝕性、防滲性能等均能符合要求，大直徑鋼管焊縫質(zhì)量控制顯得極其重要。然而在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，大直徑鋼管焊縫質(zhì)量合格率僅為75%，返工率偏高，這不但增加了施工的成本，也延長(zhǎng)了工期，不符合設(shè)計(jì)要求。故而提升大直徑頂管焊縫質(zhì)量成為一項(xiàng)重要舉措。

二、大直徑頂管管道焊接的工藝標(biāo)準(zhǔn)

本工程采用泥水平衡法機(jī)械頂管施工，部分管道穿越巖層，頂管施工選用具有破巖能力的頂管機(jī)進(jìn)行施工。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求每節(jié)頂進(jìn)鋼管之間需要焊接，本項(xiàng)目頂管工程采用的管材為D3056mm,材質(zhì)為Q235A，施工前制定施工方案，確定連接方法、連接條件、焊接設(shè)備及工具、操作規(guī)范、焊接參數(shù)、操作者的技術(shù)水平要求和質(zhì)量控制方法。污水管道與建筑物、構(gòu)筑物或相鄰管道之間的水平和垂直凈距、最小覆土厚度(路面至管頂)，不應(yīng)小于《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定。當(dāng)不能滿(mǎn)足規(guī)定時(shí)，應(yīng)采取行之有效的安全防護(hù)措施。

焊接鋼管及管件加工的對(duì)口焊接縫形式為：采用“ X”型焊縫，即兩面開(kāi)口，以利于充分焊接。兩邊開(kāi)口角均為45度，焊縫間隙為1.5-2.0mm，加強(qiáng)面高度為2-3mm，鈍邊高度仍為0-2.4mm。

首先針對(duì)于施工操作人員必須持有效的上崗證上崗,必須攜帶清渣工具和有關(guān)裝備；焊接前應(yīng)核對(duì)欲連接的管材、管件規(guī)格、壓力等級(jí)；并應(yīng)及時(shí)清理接口部位鐵銹泥土等臟物，檢查管材表面，不宜有磕、碰、劃傷；焊條烘干使用焊條電烘箱,并裝入保溫筒內(nèi)；焊縫寬度、高度測(cè)量使用焊縫卡尺。

公司在本工程的焊接全部采用逆變式手工直流電焊機(jī)(ZX-4001GB)，該焊機(jī)采用先進(jìn)的IGBT大功率模塊作為功率開(kāi)關(guān)，用高頻變壓器、電力電子開(kāi)關(guān)等器件，實(shí)現(xiàn)了“交流-直流-交流-直流”的變換，能采用各種焊條焊接碳鋼、合金鋼等金屬材料。其較交流電焊機(jī)具有重量輕、體積小、噪聲低、高效節(jié)能、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、起弧容易、飛濺小、電弧穩(wěn)定、焊縫成形美觀等特點(diǎn)。焊條涂料均勻、堅(jiān)固，無(wú)顯著裂紋，無(wú)成片剝落，焊條質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳鋼焊條》、《低合金焊條》的規(guī)定，本工程的焊條采用E4300型；電弧容易打火、燃燒熔化均勻，無(wú)金屬和熔渣過(guò)大的飛濺。也不得有因焊條不能連續(xù)熔化的“馬蹄”；熔渣應(yīng)均勻蓋住熔化金屬，冷卻后易于除掉。熔化金屬無(wú)氣孔、夾渣和裂紋；焊條應(yīng)干燥，如焊條工藝性能不好，應(yīng)按焊條廠的技術(shù)要求烘干，烘干后如仍不符合的，不得用于管道焊接。

管道連接應(yīng)在環(huán)境溫度-5～45°C范圍內(nèi)進(jìn)行。當(dāng)環(huán)境溫度低于-5°C或在風(fēng)力大于5級(jí)天氣條件下施工時(shí)，應(yīng)采取防風(fēng)、保溫措施等，并調(diào)整連接工藝。管道連接過(guò)程中，應(yīng)避免強(qiáng)烈陽(yáng)光直射而影響焊接溫度。連接完成后的接頭應(yīng)自然冷卻，冷卻過(guò)程中不得移動(dòng)接頭、拆卸加緊工具或?qū)宇^施加外力。

焊接過(guò)程中質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)：第一，焊接前將焊口兩側(cè)各不少于10mm范圍內(nèi)的鐵銹、污垢、油脂等清除干凈，使露出金屬光澤。第二，鋼管的縱向焊縫端部，不得進(jìn)行點(diǎn)焊。點(diǎn)焊厚度，應(yīng)與第一層焊接厚度相似，其焊縫根部必須焊透。注意焊接操作順序和方法，防止受熱集中而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。第三，多層焊接時(shí)，第一層焊接根部必須均勻焊透并不得焊燒穿，在焊接以后各層時(shí)，應(yīng)將前一層熔渣全部清除干凈，每層焊縫厚度一般為焊條直徑的0.8-1.2倍。各層引弧點(diǎn)和熄弧點(diǎn)均應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。第四，焊縫表面光潔，無(wú)裂紋，氣孔，弧坑和灰渣，寬窄均勻整齊，無(wú)明顯的凹凸缺陷及咬邊現(xiàn)象。焊縫加強(qiáng)面應(yīng)高出管面約2mm，焊出坡口邊緣2-3mm。第五，管口對(duì)好要進(jìn)行點(diǎn)焊，點(diǎn)焊長(zhǎng)度和點(diǎn)數(shù)為80-100mm，點(diǎn)焊間距為400mm，點(diǎn)焊時(shí)管子不能擺動(dòng)或受振動(dòng)，并要焊透到管內(nèi)壁。

三、大直徑頂管管道焊縫質(zhì)量問(wèn)題原因及措施

在大直徑頂管工程中，焊縫質(zhì)量控制是一項(xiàng)極為重要的內(nèi)容，關(guān)系到最后整體工程質(zhì)量及其使用壽命，但同時(shí)這項(xiàng)內(nèi)容又受到諸多因素的影響。比如施焊時(shí)外在環(huán)境，焊工的技能素質(zhì)，材料的屬性及外觀合理性等。針對(duì)該工程，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查證，最終得出影響大直徑頂管管道焊縫質(zhì)量的最主要的因素是焊接氣孔，而產(chǎn)生焊接氣孔的最主要因素有以下幾點(diǎn)：

1.工人工作時(shí)間長(zhǎng)。由于工人工作時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致精神狀態(tài)差，疲勞作業(yè)，施焊時(shí)容易注意不集中，導(dǎo)致焊工未能按完全按焊接工藝文件上的要求進(jìn)行焊接作業(yè)，甚至有些直接忘記采用氬弧打底，導(dǎo)致整圈焊縫未能焊透，焊縫處產(chǎn)生氣孔，嚴(yán)重影響頂管焊縫質(zhì)量。

2.構(gòu)件表面不干凈。按照標(biāo)準(zhǔn)焊接工藝文件的要求，母材上待焊接的表面積距焊縫坡口邊緣30mm范圍內(nèi)不得有影響焊縫質(zhì)量的氧化皮、銹蝕、油脂、水等雜質(zhì)。然而在現(xiàn)場(chǎng)施焊作業(yè)區(qū)進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)多數(shù)母材待焊區(qū)域有水分、水泥、油污、銹等污染相互污染，很難清除。

3.工作井沒(méi)有設(shè)置焊坑。根據(jù)管道施焊規(guī)范要求，工作井必須100%設(shè)置焊坑。然而通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)查，由于工作井環(huán)境特殊，加上鋼管直徑較大，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)置焊坑要求。

對(duì)于以上作出原因針對(duì)性措施，首先為了保證焊縫質(zhì)量，施焊作業(yè)時(shí)加派較專(zhuān)業(yè)的有經(jīng)驗(yàn)的焊工，同時(shí)在施焊過(guò)程中，實(shí)行輪班制度來(lái)提高工作效率，確保工作人員在精神狀態(tài)良好，身體條件正常的情況下進(jìn)行施焊，從而保證大直徑頂進(jìn)鋼管焊縫檢測(cè)合格率，確保焊縫質(zhì)量。其次在施焊前，派專(zhuān)人清理鋼管施焊部位的周邊環(huán)境，減少污染源的存在。其主要原則是：確保母材上待焊接的表面及距焊縫坡口邊緣30mm范圍內(nèi)不得有影響正常焊接和焊縫質(zhì)量的氧化皮、銹蝕、油脂、水等雜質(zhì)。同時(shí)為了保證大直徑頂管焊縫焊接質(zhì)量，要求焊接人員在施焊前實(shí)行自檢、互檢。若施焊區(qū)域存在無(wú)法徹底清除的雜質(zhì)，需派人進(jìn)行專(zhuān)人打磨后，方可進(jìn)行正常施焊。在施焊過(guò)程中，應(yīng)從反面進(jìn)行焊縫的清根。通過(guò)氣動(dòng)刨等工具在焊縫的反面進(jìn)行刨渣，清除多余的焊渣，避免新舊焊縫不能融合。其主要原則是：清根后的凹槽應(yīng)形成不小于10°的U形坡口。處理完畢后才能進(jìn)行下一道工序施工。最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工實(shí)際情況，采用定制的直徑為3056mm的鋼管，底部1500mm接口為單坡口，施焊過(guò)程中采用單面焊接。其余接口為雙坡口，施焊過(guò)程全部采用雙面焊接，確保焊縫質(zhì)量符合要求。

四、結(jié)語(yǔ)

由于大直徑頂管在我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施中的日漸重要性，因此對(duì)其施工也將提出更高的要求，必須做好焊縫質(zhì)量控制，提高整體施工質(zhì)量。對(duì)于管道焊接技術(shù)發(fā)展前景，我們有理由相信隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，未來(lái)將有越來(lái)越多的新型焊接技術(shù)被推廣，焊接質(zhì)量和效率都將獲得進(jìn)一步的提升完善。