隗永龍

（北京金河水務建設集團有限公司，102206，北京）

一、工程概況

實施冬奧會延慶賽區(qū)應急水源保障工程， 旨在保障2022 年冬季奧林匹克運動會延慶賽區(qū)雪上項目順利舉行。 本工程舊小路段輸水管線全長約6.2 km，采用單根壁厚12 mm 的DN900 鋼管， 鋼管材質(zhì)為普通碳素結構鋼。 新建輸水管線的設計流量為1m3/s（8.64 萬m3/d），工作壓力1.5MPa。

冬奧會應急水源保障工程是保障第24 屆冬季奧林匹克運動會順利舉行的重要工程，而管道焊接質(zhì)量又直接影響著工程的整體質(zhì)量。 為使管道焊接質(zhì)量得到有效控制并且方便現(xiàn)場操作提高施工速度，管道焊接采用氬電聯(lián)焊的施工工藝。

二、技術原理

氬電聯(lián)焊是一種大直徑管道常用的焊接方法，主要施工過程為采用手工鎢極氬弧焊（TIG 焊）進行管道打底焊接后，運用電弧焊分層填充并蓋面。焊接前首先確定各項參數(shù)，諸如電流、 氬氣流量等， 焊接時首先定位管材，調(diào)整好接焊縫的角度及位置，然后在打坡口后進行管道焊接施工。

三、施工工藝及操作要點

1.工藝流程

此次氬弧焊的電流種類為直流正接。 清除氧化皮、銹跡、油漬、泥漬等至焊縫兩側40 mm 范圍以外，清理范圍內(nèi)無裂紋等缺陷，直至發(fā)出金屬光澤。 管道焊縫分為4 層焊接， 第1層為鎢極氬弧焊打底焊接， 第2 層、第3 層采用電弧焊進行焊縫填充，第4 層為電弧焊蓋面。

具體工藝流程：施工準備→管道下料→坡口加工及清理→定位點焊→氬弧焊底部焊接→電弧焊填充及蓋面焊接→外觀檢查→無損檢測。

2.鎢極氬弧焊打底焊接

鎢極氬弧焊施工工藝流程見圖1。焊接參數(shù)和焊材選擇見表1 和表2。

（1）坡口形式

由于管道焊接是在打磨好的坡口內(nèi)完成，所以坡口形狀及角度直接影響焊縫的成形和焊口外觀，此外還會對焊接電弧的穩(wěn)定性有一定影響。為了確保管道焊縫接頭根部的焊接質(zhì)量，必須要選擇正確的形式，對管道接頭開坡口并保證加工完成后的坡口符合要求。 根據(jù)規(guī)范要求，坡口的角度與焊接方法及母材厚度有關，坡口角度過小則電弧無法到達焊縫底部，導致焊縫未焊；如果坡口角度太大，焊縫寬度將會增加，焊接速度慢，變形較大。本工程管道壁厚12 mm，據(jù)此選擇采用60°鈍邊V 形坡口。

（2）焊接工藝

①引弧。 采用高頻高壓引弧，引弧時將焊炬垂直于管道， 并保持3~5 mm 的距離，電源接通后，在高頻高壓的作用下引燃電弧。

②定位焊。 每處定位焊接的長度為10~15 mm，焊縫均勻布置，焊縫高度為2～4 mm。 保證管道正下方間隙為3 mm，正上方間隙為4 mm。

圖1 鎢極氬弧焊施工工藝流程

③焊接。 管道焊接由兩名焊工對稱施焊，對稱焊接可以有效控制焊接應力，減小管道變形程度。 為了方便焊接，將管道分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ焊接區(qū)域。 Ⅰ、Ⅳ區(qū)分別由兩名焊工同時焊接，焊接方向自下至上，然后再焊Ⅱ、Ⅲ區(qū)。打底層厚度不小于4 mm。定位點位置及焊接順序見圖2。

圖2 定位點位置及焊接順序

焊接過程中焊槍噴嘴與管道表面的角度應控制在70°~85°范圍內(nèi)，待母材熔融充分以后填焊絲，焊絲的長度應選取0.8~1 m。 焊絲的輸送要與焊件形成15°~20°夾角。 填入焊絲時要幅度均勻， 焊槍移動時要平穩(wěn)。最后收弧的時候要稍微將電弧拉長，重疊20~40 mm 焊縫， 重疊部分不加焊絲。 ?；『?， 氬氣應繼續(xù)供應10 s左右，焊槍在收弧處不能抬高，利用最后供應的氬氣保護收弧處凝固的焊縫，防止管道焊縫在高溫下繼續(xù)氧化。 打底層焊縫經(jīng)驗收合格后，進行下一道工序施工。

3.電弧焊填充及蓋面

焊縫打底焊接完成后， 進行第1層焊條電弧焊填充焊接。 焊接時應注意，嚴禁燒穿打底層，否則會造成背面氧化、內(nèi)凹等質(zhì)量缺陷。

焊條選用直徑3.2 mm 的J427堿性焊條，堿性焊條的烘干溫度控制在380℃左右， 烘干時間應該為2 小時，并且做到隨烘隨用。 烘干后的焊條放置在110~150℃的焊條保溫桶內(nèi)備用。

施焊前清除熔渣及其他污漬。 電弧焊接的電流選110~150 A， 焊接時采用短弧，直線焊接，焊接過程中不做擺動。 管道焊縫錯開的間距不得小于300 mm。

表1 焊接參數(shù)

表2 焊材規(guī)格要求

表3 焊接過程中易出現(xiàn)的缺陷及原因

四、質(zhì)量控制

針對焊接中容易出現(xiàn)的缺陷，找出問題原因，采取預防措施，詳見表3。

對本工程的533 道焊口進行100%射線檢測，每道口拍4 張片，共2132 張。其中Ⅰ級片1613 張，Ⅱ級片519 張。 所檢測焊縫質(zhì)量符合GB/T3323—2005 標準Ⅱ級合格要求。

五、結 語

在對實際焊接工程進行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，一名焊工焊接相同類型、相同規(guī)格的管道焊口，采用氬電聯(lián)焊工藝和手工電弧焊工藝分別施焊，氬電聯(lián)焊工藝的焊接效率可以達到手工電弧焊的2.5~4 倍， 氬電聯(lián)焊工藝可以明顯縮短工期。

經(jīng)過對人工、材料、機械以及相關間接費用的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在施工成本上氬電聯(lián)焊也有較大的優(yōu)勢。 氬電聯(lián)焊與手工電弧焊相比較可以節(jié)約施工綜合成本的20%~35%。

此外，根據(jù)焊接材料及相關影響因素綜合評定選擇合適的焊絲、鎢極、焊接工藝參數(shù)，并使用純度合格的保護氣體，能使焊縫根部得到很好的融合，使焊縫的外觀及實體質(zhì)量得到很大的提升， 最終進行射線探傷時，焊縫合格率明顯提高。