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供水管道焊接缺陷产生的原因及防止措施

摘要：城市供水管道一般采用1200mm或1400mm的Q235钢制管(壁厚为8～12mm)焊接铺设而成，由于受城市地下网线如通信电缆线、污水管网及各种地理环境等因素的限制，对钢管实施的焊接(常采用手工电弧焊)过程中常常出现缺陷。应用超声波探伤对焊缝进行适时监控，可以保证焊接质量，并对焊接工艺起指导作用，使工作效率提高，成本降低。基于此，本文主要对供水管道焊接缺陷产生的原因及防止措施进行分析探讨。
关键词：供水管道；焊接缺陷；产生原因；防止措施
1、工程背景
“张坊水源应急供水工程”位于北京西南部，水源地为拒马河胜天渠引水，该工程主要供北京西南部的部分生活和工业用水。工程沿线主要用水户有燕山石化总公司、长辛店水厂及田村山水厂等。该应急工程的主要任务是年调张坊胜天渠水0.8～1.0亿m3，主要供北京西南部部分工业及生活用水，替换密云水库供水水量，缓解北京市城市用水的紧张状况。
依山路段“张坊水源应急供水工程”原管道为DN2000PCCP管道，覆土厚度为2～3m，而规划依山路路面高程较现状地面高程高出约2m，那么管道管顶覆土厚度则达到4～5m，再加上车荷载，管顶覆土厚度则达到了5～6m，超过了管道设计的最大覆土厚度标准，对管道安全运行不利。所以，管道需要进行保护或移出依山路之外，经与北京京燕水利管理有限公司、城关街道办事处协调，决定将“张坊水源应急供水工程”管道移至依山路绿化带内，并将原PCCP管道更换为钢管，确保管道及道路的运行安全。
2、对于管道焊接缺陷的控制方法
2.1针对错边或是角变形的方法
在进行管道的组装过程当中，错边以及角变形是不可能完全避免的。但是，一旦压力管道在进行组装或者是在以后的使用当中出现了错边或者是角变形的问题，要想把这个情况消除也是十分困难的。候严格执行相应的施工标准，把整个缺陷控制在可以进行调校的范围之内。如果在施工的时候没有把握好这一步，后续的错边或者是角变形就会产生强大的几何应力，同时也能产生相应的附加弯曲的应力。
2.2气孔和夹渣
这一类问题属于深埋的缺陷，在进行自检的时候必须进行消除，同时还要进行重新焊接作业，否则在进行使用的时候必然会发生泄漏以及爆炸的情况。根据观察统计，大多数的管道所有的气孔以及夹渣没有大幅度扩散的迹象。针对这样的特点，为了对气孔和夹渣进行克服，对于炭化的管道来说最好是进行氩弧焊作业打底。
2.3没有焊透或者是没有熔合
没有焊透的情况主要是出现在两种焊接手段(手工焊接和自动焊接)的交接面上。在进行处理的时候，如果出问题的地方在允许尺寸的范围之内，可以免除返修的步骤;没有熔合的情况一般来说会发生在焊缝部位金属和破口的交界部位，这个时候最稳妥的方式就是进行补焊作业，以避免出现意外。焊接材料对整个压力管道的质量是起到决定性质作用的，因此应该选用合格的焊接材料进行填充，以保证质量。
2.4裂纹
裂纹是管道问题当中最重要的问题，也是危害性最大的问题。一般来说我们的处理方法有以下方式:首先，所有的浅表裂纹都可以通过对其进行打磨的方式进行消除;其次，如果裂痕本身的大小长度远远超出了规定的允许长度则必须采取补焊的方式进行处理，使之消除;最后，如果可以保证管道本身的使用安全，可以对一些细小的裂纹进行保留，以便对其发展规律进行研究，使其后续发展趋势被观察记录到，获得潜在危险的发展趋势并加以预防。
3、问题及措施
该段“张坊水源应急供水工程”管道覆土厚度为2～3m，而规划依山路路面高程较现状地面高程高出约2m，那么管道管顶覆土厚度则达到4～5m，再加上车荷载，管顶覆土厚度则达到了5～6m，超过了管道设计的最大覆土厚度标准，对管道安全运行不利。所以，管道需要进行保护或移出依山路之外。
其次，管道顶部铺筑城市主干道后，若管道接口胶圈老化、管道破裂等需要维修或更换，需要破坏依山路，对城市交通影响较大。所以，管道顶部铺筑依山路对管道的检修、维护不利。
另外，若管道破坏发生漏水现象，容易造成路基沉陷，对道路的安全运行不利。
3.1问题的提出
现场超声波探伤时，焊缝中常会在管道下半部距离内表面5～6mm处出现缺陷回波。其特点是:波形宽度大并带有锯齿;探头移动时，各信号点闪烁不定或幅度突变;在焊缝两侧探测，反射波幅不同。此为典型的夹渣类缺陷的反射回波，除此之外还伴有一定的气孔和未焊透等缺陷的反射回波。
3.2原因分析
(1)输水钢管放在宽2500mm，深3500mm的地坑中，受周围环境约束，地坑不易加宽，使得焊工在其内钢管的5点～8点位置进行操作时，焊接位置非常不舒服，施焊困难;而且焊条角度很难达到工艺要求，容易出现缺陷。
(2)钢管上的坡口常为外V形，需在管外焊接。而管外施焊时往往受环境影响，清渣非常困难，况且地坑内较为潮湿，露天操作，在钢管底部容易出现夹渣，气孔等缺陷。
(3)对口时，一是质量不过关(合缝不充分)，二是卷管不规则，则会造成错边，焊接时易形成未焊透、未熔合等缺陷。
(4)表面处理不当，有飞溅、焊瘤、咬边等影响检测结果的缺陷存在。
(5)施工时常采用手工电弧焊，焊接电流I=130～160A，焊条直径为4～5mm，打底焊易烧穿，管内焊缝质量难于保证，至使管道寿命降低。
(6)焊工对焊接参数、工艺规范等掌握不好，操作不当时，也容易引起缺陷。
3.3采取措施
(1)加宽地坑尺寸，保证满足施焊要求。
(2)钢管坡口形状改为X形，其中钢管内壁V形大于2倍外壁，焊接时先用3.2mm焊条，I=100～120A在管内打底焊，目的是为了防止烧穿和减少焊接应力。然后清渣，为提高生产率可选用直径4～5mm焊条，I=140～160A把钢管内壁焊满为止。最后，用碳弧气刨清根，选用3.2mm焊条，I=110～130A慢速焊接，以保证外壁焊缝成形美观，减少缺陷。
(3)选用焊接技术水平高的焊工，把钢管坡口形状改为内V形，用焊条直径为3～4mm，I=110～150A，由焊工在管内施焊，使焊缝单面焊双面成形，以避免管外焊接时操作空间狭窄的不足。
(4)施焊时应注意及时清渣和去除表面缺陷，减少夹渣等焊接缺陷的产生。
(5)采用内对口器，必须焊完全部打底焊道后撤离对口器;采取外对口器，必须焊完50%以上打底焊道并且保证每段焊缝长度近似相等、分布均匀后，才可以撤离对口器。
(6)适时进行超声波检测，发现超标缺陷，及时进行返修。
(7)严格焊工培训和使用，现场应有技术负责人对材料、工艺、设备进行管理和监督。
4、结论
利用超声波探伤的优势，正确评价缺陷。通过上述工艺改进，经检测，没有再出现超标缺陷。焊接时，要注意坡口类型选择及单面焊双面成形工艺的运用，注意各工艺细节上的监控。工艺措施符合要求，且与管理措施相配合。
参考文献：
[1]赵俊岭.长输管道常见焊接缺陷分析控制[J].科技传播，2012(13).
[2]岳明彦.浅谈工业管道安装过程中的焊接缺陷及对策[J].价值工程，2012(6).

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