大口径压力钢管焊接安装及检验技术

大口径压力钢管焊接安装及检验技术

刘继发 1 张超魁 2

河南省建筑科学研究院有限公司，河南郑州， 450000。 1

中国水电基础局有限公司，天津武清，301700。²

【摘要】压力钢管是一种带有压力等级的钢管，其依据是否直接和大气接触，可分为露天式压力钢管和埋藏式压力钢管，其连接方式有焊接、铆接、法兰连接等。因其具有适用范围广、使用寿命长、安装维修方便、密封性好等优点，可广泛应用于输水、输气干线、市政供水、城市排污干管等。本文主要结合某供水工程，介绍了大口径压力钢管焊接安装及检验方法。

【关键词】 大口径压力钢管 供水工程 焊接安装及检验方法

1 工程概况

某供水工程位于丘陵地区，地形起伏较大，且该工程大口径压力钢管位于整条供水管线主管道部位，该工程焊接工艺复杂、程序多、焊接要求相对较高，故本文特以大口径压力钢管为例介绍本工程钢管焊接安装及检验施工方法。

本工程大口径压力钢管单节标准管节长度为12m，管壁厚20mm，单节最大重量为25t，钢管钢材为低合金钢，钢牌号为Q345C。钢管内壁涂刷无毒环氧树脂涂料，外壁涂刷特加强级环氧煤沥青防腐涂料。钢管两端加工成内坡口，焊接时采用单面坡口双面焊接的方式。大口径压力钢管结构图详见图1。

2 施工工艺流程

本工程钢管安装焊接流程主要有场地平整、焊前准备、钢管吊装定位、钢管焊接、焊缝检测、焊缝防腐处理、整体验收等工序。具体钢管焊接工艺流程见图2。

3 施工准备

（1）焊接所用的焊条、焊丝、焊剂应与施焊钢管相匹配。焊接材料在存放和运输过程中，应密封防潮。

（2）焊接材料使用前应按照下列要求进行烘焙和保管：

①焊丝、焊剂应放置在通风、干燥和室温不低于5℃、相对湿度不高于70%的专用库房内，由专人保管、烘焙和发放，烘焙时间和温度应严格按照厂家说明书规定进行。

②烘焙后的焊条应放入100℃～150℃的保温箱内，药皮无明显脱落和裂纹。

③现场使用焊条应装入保温桶内，焊条在保温桶内的时间不超过4h，超过后，应重新烘焙，重新烘焙次数不能超过2次。

④焊丝在使用前应清除铁锈和油污。

4 钢管沟槽开挖

（1）植被清理后，表土开挖采用推土机横推方法，将表土推运至管线左右两侧临时堆土场外侧堆放。然后利用保留中心桩拉线、撒灰，恢复开挖边线，准备进行沟槽开挖。

（2）开挖时采用液压反铲挖掘机自上而下分段分层开挖，每层开挖高度约3m，开挖时应严格按照设计边坡开挖，防止边坡发生坍塌。

（3）对于地下水较丰富的地段，开挖过程中随时在沟槽两侧做两道纵向排水沟，每5m左右距离设一道横向排水沟，排水沟尺寸为0.5*0.5m，并根据实际情况每隔10m左右设置一个1.5m深集水坑，然后安排专人负责抽取集水坑内的积水，以保证作业面干地施工。

（4）管线底部开挖高程应与设计高程一致，局部超挖限制在30cm以内，超挖部分要用同种土碾压夯实，基础面保持平整。

（5）管沟底若为岩石时，应将其开挖至设计高程以下0.2m，然后采用中粗砂回填压实。管沟岩石基底向土壤基底过渡时，根据设计要求对管道接头位置进行地基过渡处理。

（6）管沟底若为软弱地基时，应先采用粒径为5～50mm碎石进行换填，然后在其上方铺设一定厚度的中粗砂，以保护管体，中粗砂最大粒径不超过20mm。

（7）钢管加劲环位置应局部挖深，超挖深度为加劲环高度加100mm，以防止加劲环发生变形。

5 钢管安装

5.1 钢管吊装定位

根据现场地形条件，本工程最大吊装回转半径为30m。按照单节钢管重量25t考虑，本工程钢管吊装设备采用200t履带式起重机，完全满足本工程的吊装要求。

吊装前可先找准管轴线位置与管节两端高程，并在钢管两端放置鞍式支座，用来支撑、固定钢管，吊装时选用两条吊装专用帆布吊带，采取两点兜身吊的方式将钢管放置在鞍式支座上，然后用一根校正平直的角铁（角铁长度1.5m左右）置于要调整的管口处，标示出角铁中心线位置，将水平尺放在角铁上，角铁中心位置处挂一垂球，将角铁用水平尺调整水平后，垂球垂线稳定后所指示线即为管中心线。利用槽底中心桩和垂线之间相对位置，可确定管中心线是否偏差，然后利用吊车调整管轴线位置，使管中心线和设计管中心线位置重合，此时管中心线校正完毕。

对于钢管高程，先将塔尺放在管口中心处，然后通过水准仪测出管件标高和坡度，然后在管口利用千斤顶对管高程进行调整，调整完毕后立即调整管下方的鞍式支座位置，用来固定好钢管位置。这样可以大大节约起重机占用的时间，同时降低了钢管调整的难度，缩短了施工时间。

5.2 吊装注意事项

（1）用于测量高程、里程和安装轴线基准点等安装控制点，牢固设置在明显位置，以便于施工使用。

（2）钢管始装节的里程极限偏差不超过±5mm，弯管起点的里程极限偏差不超过±10mm，始装节两端管口垂直度偏差不大于±3mm，其他部位管节的管口中心极限偏差不大于±20mm。

（3）支撑钢管的鞍式支座要具有足够的强度和稳定性，支座顶面弧度要与钢管弧度保持一致，保证钢管在安装过程中不发生位移和变形。

（4）钢管管壁上不得随意焊接支撑或脚踏板等其他临时构件。

（5）每节管道接口处预留宽1m、深80cm的工作坑，作为钢管焊接人员的工作空间。

（6）钢管装配中如发现两节钢管有错边，可在管口焊接工卡具以校正错边。工卡具拆除时应采用碳弧气刨或热切割在离钢管高度3mm以上部位切除，切除后将钢管上残留的痕迹和焊疤磨平，并检查切割部位无裂纹。严禁使用锤击法直接将工卡具拆除。

6 钢管焊接

（1）焊接方式选择：根据本工程特点，对定位焊及其他辅助构配件焊接时拟采用手工电弧焊进行焊接；对正式焊缝焊接时拟采用CO₂气体保护焊进行焊接。CO₂气体保护焊具有焊接成本低、生产效率高、焊接飞溅小、可进行全位置焊接等特点。

（2）焊前清理：施焊前，先将坡口及其两侧10～20mm范围内铁锈、熔渣、油垢、水迹等污物清除干净，每一焊道焊完后也要及时清理，检查清理合格后才能继续施焊。

（3）焊前预热：本次焊接钢管材质为Q345C低合金钢，管壁厚20mm，根据SL432-2008的规定：当外界空气相对湿度小于90%及温度高于5℃时，无需预热；当温度、湿度不能满足施工要求时，需将焊缝处预热到20℃以上方可施焊。本工程钢管焊接时外界气候条件基本都能满足要求，故焊接前基本无需预热。

（4）定位焊接：定位焊采用手工电弧焊的方式进行焊接，焊接时定位焊缝位置宜距焊缝端部30mm以上，长度在50mm以上，间距为每隔100～400mm设置一道，焊缝厚度不大于正式焊缝厚度的1/2，且不大于8mm。当正式焊缝需要预热时，定位焊也需要预热，预热范围为定位焊周围150mm范围内，预热温度比正式焊的预热温度高20～30℃。

（5）正式焊接：当钢管安装就位且管周定位焊焊接完毕后，方可进行正式焊缝焊接工作，焊接时可按照以下步骤焊接：

①焊接前先将焊缝分成四个区，焊接时从钢管底部起焊，由两名焊接工人同时自下而上对焊接Ⅰ区、Ⅱ区对称施焊，Ⅰ区、Ⅱ区焊接完毕后再对Ⅲ区、Ⅳ区对称施焊。钢管焊缝分区划分如图3所示。

②对于Ⅰ区、Ⅱ区管中心线以下的焊缝，焊接时可将焊接衬垫贴于钢管外壁焊缝处，以保证焊缝背面平整美观。

③焊缝焊接完毕后需采用手工碳弧气刨进行清根，手工碳弧气刨灵活性大、操作简单、可进行全位置操作，且清根后被刨光面铮亮，在电弧下可以清楚地观察到焊缝处是否存在缺陷，如发现缺陷时应及时处理。

④当焊接坡口的组装间隙超过规定值，但不大于焊件最薄处厚度的2倍且不超过20mm时，可在坡口两侧或一侧做堆焊处理。堆焊后要用砂轮修磨，并对焊缝表面进行无损检测。

⑤对同一条焊缝同时施焊的多名焊工焊接速度要保持一致。

⑥每条焊缝要一次性连续焊完，如因故中断焊接时，要及时采取防裂措施。

7 焊缝质量检验

7.1 焊缝外观质量检查

每条焊缝焊接完毕后，要对焊缝进行外观质量检查。焊缝外观质量检查要满足以下规定：

（1）外观不允许有裂纹、表面夹渣、气孔、焊瘤、飞溅和未焊满等缺陷。

（2）焊缝咬边深度不得大于0.5mm。

（3）手工焊焊缝余高为0～2.5mm，焊接宽度为盖过每边坡口宽度1～2.5mm，焊缝余高与钢管之间平缓过渡。

7.2 焊缝无损检测

焊缝内部质量检测采用超声波或射线检测，焊缝表面检测采用磁粉检测或渗透检测。本工程一、二类焊缝进行100%超声波（或射线）检测；并作5%射线（或超声波）探伤复验。对丁字焊缝部位进行100%射线检测及100%超声波复验。当对焊缝用一种无损检测方法检测，并对所发现的缺陷进行定性和定量没有把握的情况下，要采用其他无损检测方法进行复查。同一焊缝部位或同一焊接缺陷，使用了两种或两种以上检测方法检测时，要分别用各自的检测标准进行评定，评定均合格后方为合格。

对焊缝内部质量采用无损检测方法抽检时，如发现存在裂纹、未熔合或未焊透等缺陷，要对该整条焊缝进行检测；若发现存在其他不符合质量要求的缺陷，在缺陷延伸方向或可疑部位作补充检测，补充检测长度不小于200mm，若补充检测仍发现存在不符合质量要求的缺陷，要对整条焊缝进行检测。

7.3 焊缝缺陷处理

焊缝内部或表面发生裂纹时，要进行分析，找出原因，制定合理的修补措施后方可修补。

（1）焊缝内部缺陷要采用砂轮或者碳弧气刨清除，并修磨成利于施焊的凹槽，方可焊补。

（2）对于碳素钢和低合金钢，同一部位返修次数不超过两次，高强钢返修次数不超过一次。

（3）管壁表面凹坑深度大于板厚的10%或大于2mm时，应进行焊补。焊补前，应将焊补处磨平，对于高强钢还应进行磁粉或渗透检测，不允许存在裂纹。

（4）钢管表面不允许存在电弧擦伤，如有擦伤，应将擦伤处打磨，并检查有无裂纹。

8 焊缝防腐处理

8.1 表面预处理

钢管表面预处理前先将铁锈、油污、积水、焊渣等附着物清理干净，表面预处理采用喷射除锈，局部采用电动钢丝刷处理。钢管内外壁采用喷射除锈时除锈等级不低于GB/T8923规定的Sa2½级，除锈后采用照片目视评定。采用电动钢丝刷除锈时，表面清洁度等级应达到GB8923中规定的St3级。钢管除锈完毕后再用粗糙度测定仪测定钢管表面粗糙度，采用常规防腐涂料的钢管表面粗糙度应达到Rz40～70μm，采用厚浆型重防腐涂料及金属喷涂的钢管表面粗糙度应达到Rz60～100μm。粗糙度测定时取评定长度为40mm，在此长度范围内测5点，并取其算数平均值为此评定点的表面粗糙度值。

钢管除锈后，用干燥的压缩空气吹净或用吸尘器清除灰尘，涂装前若发现钢管表面污染或返锈时，应重新处理。除锈后的钢管要在2h之内进行防腐涂料的涂刷，晴天和正常大气条件下，最长时间不得超过8h。当空气中的相对湿度超过85%，环境温度低于5℃或钢板表面温度低于大气露点以上3℃时，不能进行除锈工作。

8.2 防腐材料涂装

钢管表面预处理完毕并达到要求后，要及时对钢管表面进行涂料涂装。根据本工程的要求，钢管内壁采用高压无气喷涂无溶剂无毒环氧树脂涂料，涂层干膜厚度不小于500μm。钢管外壁采用特加强级环氧煤沥青防腐涂料涂装，涂装方式为底漆1道，面漆6道，涂层间缠绕2层玻璃布。具体涂装顺序为：底漆-面漆-面漆，玻璃布，面漆-面漆，玻璃布，面漆-面漆。涂层总厚度不小于600μm，涂层宽度为焊缝两侧各200mm宽。

8.3 补伤

钢管内外壁涂层涂装完毕后采用针孔仪进行漏点检测，对漏点检测不合格的部位，应对漏点进行补涂。补涂时将漏点周围约50mm范围内防腐层用砂纸打毛，然后涂装面漆，待面漆固化后再次进行漏点检测，直至符合要求。

9 结语

由于本输水工程通水后工作压力大，且在当地国民经济中占据重要位置。因此，在钢管安装焊接施工过程中，必须严格按照国家、行业相关规范标准及设计图纸规范施工，未敢有丝毫的松懈，从焊前焊接材料的选择，到焊接工法选择及焊接过程中质量控制，再到焊接后防腐涂料的涂装及检测，各环节层层把关，以确保各项检测指标均能符合要求。钢管安装焊接在本工程中的成功实施，可为类似工程提供参考。