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给水用不锈钢管道焊接工艺及其性能的探讨
自从上个世纪20年代不锈钢问世以来, 慢慢进入民用给水管道领域, 但当时都是厚壁不锈钢管, 采用丝接或焊接方式连接, 使得不锈钢管材料造价高, 因而限制了不锈钢管在民用建筑给水领域的发展。随着不锈钢薄壁连接技术的研发与应用, 越来越多的薄壁不锈钢管已经开始作为给水材料。
仅仅用《国标》对不锈钢水管的可靠性进行控制依然是不足的。因为《国标》中不能, 也不需要全面的有效的反应所有的不锈钢管道加工的关键工艺要求。
不锈钢水管和管件焊接加工有其特殊的要求: 如气体保护焊接、 去除回火色、 钝化、 固溶处理等。如果脱离了关键的工艺要求, 不锈钢水管和管件的可靠性将被大大地打了折扣。
一、 薄壁不锈钢管道焊接工艺
1.1、 采用内外气体保护焊接(减少表面伤害)
1.2、 清除表面回火色等有害物质, 进行钝化工艺处理(表面回到钝化状态)
1.3、 采用固溶处理工艺, 改进焊缝内部材料组织结构(内部回到固溶状态)
1.4、 使用先进的焊接工具, 脱离手工焊接

保护气体 气体保护盒

1.2. 1、 回火色有什么危害:
回火色实质上是一个氧化层。
有氧化层的地方, 氧化膜就不能恢复, 回火色底下的母金属中的铬被损耗, 因此, 不锈钢耐腐蚀的性能大幅度降低。
如果金属表面的钝化膜不能恢复, 即使母金属是耐腐蚀的, 焊接接头也容易出现腐蚀, 包括点腐蚀、 缝隙腐蚀以及微生物腐蚀。(微生物腐蚀往往发生在没有去除回火色的焊缝处)。
1.2.2、 回火色的清理
为了得到耐蚀性最佳的不锈钢焊接接头, 缝隙、 污染物, 至少所有比浅黄色深的回火色必须采用机械清理进行清除, 然后进行酸洗。在不能进行酸洗的地方( 诸如因环境的原因) , 当采用机械清理时, 经承包商同意, 可采用喷砂以及/特别是研磨替代酸洗。电清洗也可作为替代酸洗的方法。

二、 薄壁不锈钢管道焊接难点
2.1、 气体保护的作用:
在焊接过程中, 气体保护的作用是防止不锈钢中的铬和镍不被高温烧毁。
离开了气体保护, 不锈钢中的合金元素一定会在氧气中被烧毁, 造成不锈钢的表面的严重腐蚀。
注: 没有气体保护的不锈钢焊缝的耐腐蚀性能不如镀锌管
2.2、 怎样在内壁进行气体保护:
在焊接之前, 管道内部要用药惰性气体(一般是氩气、 氮气等)进行吹洗, 重复吹冲使氧的含量降至100ppm以下, 最好到50ppm。
利用实心的或可充气的挡板限制吹洗体积; 在焊接完成之后难以进入或无法到达的部位, 为方便起见, 一般采用可溶性材料制成的挡板。

现场焊接管内壁需要冲氩气或氮气
案例: 必须使用惰性背面保护气体或混合气体以防止单面熔透焊缝、 全熔透焊缝包括定位焊焊缝的氧化。保护气体或混合气体必须保持足够的持续时间以确保最终的焊缝表面符合合同的要求。在不便采用惰性气体或混合气体的地方, 如一些封闭焊缝或很难进入内部的部位, 在提交适当的合格工艺并得到承包商的批准之后, 可采用保护膏或带作为替代的方法。保护膏或带/粘合剂在焊接后必须全部清除。在无法全部清除的地方, 应当采用机械连接件。
---------摘自英国《饮用水供水用不锈钢产品操作指南及操作规程》 56.4.477 规程
2.3、 现场焊接的困难:
2.3.1、 壁厚低于2mm的薄壁不锈钢水管不适合现场手工焊接,
2.3.2、 壁厚小于2mm的, 手工焊接十分困难, 机器现场焊接代价太高:
2.3.3、 如果现场没有气体保护, 不能保证对接焊质量。
2.3.4、 现场气体保护困难, 气体保护能够减少焊缝的敏化区, 提高焊接强度。
2.3.5、 焊接以后固溶处理无法实现。固溶的目的消除焊接敏化影响, 以防止管道焊缝今后的晶间腐蚀、 管道材料改性等问题。
2.3.6、 现场焊接有明火作管道内壁的钝化处理困难。
2.3.7、 对工人的技术能力依赖程度太高, 施工质量难以保证。
2.3.8、 工作周期长, 难度大, 许多施工环境(地沟中、 高空中、 管道井、 墙壁拐角处) 焊接作业十分
2.3.9、 环境温度低于零度时, 虚焊的可能性极大。
2.3.10、 焊条达不到标准时, 焊缝处使用寿命极短, 有的1-2年就会脱焊。
2.3.11、 焊剂对管道内壁有腐蚀性, 并影响水质, 不卫生。
2.3.12、 容易引起火灾, 有不安全因素、
2.4、 承插焊接的问题:
2.4.1、 壁厚的要求问题: 焊缝是水管最薄处;
2.4.2、 气体保护问题: 没有气体保护有氧化层;
2.4.3、 焊接缝应力腐蚀: 焊接应力较大;
2.4.4、 缝隙腐蚀: 会引起缝隙腐蚀;
2.4.5、 低于1.2mm壁厚的手工焊接成功率低,
很容易焊穿。
2.5、 对焊接问题:
2.5.1、 必须内外气体保护;
2.5.2、 保证焊缝的厚度与母材壁厚相符;
2.5.3焊接材料壁厚要求: 大于1.2mm(手工控制极限)。
从以上内容看, 总结出薄壁不锈钢管道现场焊接工艺及其麻烦, 稍不注意就会造成腐蚀的隐患。
三、 没有严格按焊接工艺施工, 水管腐蚀案例:

四、 焊接工艺人工费用分析:
不锈钢焊接工艺费用包括: 原料采购费用, 施工费用、 日常维护费用
原材料采购费用, DN15-DN100原材料采购比非焊接式连接的原材料低20%, 这主要是承插式焊接, 因为管材、 管件的壁厚比非焊接连接方式的管材的壁厚低约25%, 如采用对接焊, 其材料成本与非焊接连接方式的管材、 管件成本基本相同或略高。大于DN100规格以上的焊接原材料, 与非焊接式连接的原材料持平或略高。
施工费用:
人员工资, 氩弧焊有证书的工人工资是普通水工工资的1.5倍;
焊接前准备工时, 主要是指封堵管道口, 灌入氩气需要的工时, 一般是焊接管件工时的0.6倍。非焊接式连接, 不需要此工序。
焊接工时, 主要指氩气保护完成后以单个管件与管材焊接的比较, 焊接工时是非焊式连接工时的1.2倍;
焊接后工艺处理, 焊接后需要去除回火色等工艺, 其处理回火色的时间与焊接时间先同, 如不处理回火色, 则能够节约安装人工费用, 但管道会很快腐蚀。
焊接辅料的费用, 主要指, 焊条、 氩气的费用。以DN15管焊接为例, 一般焊条、 氩气的费用约是同等口径管材成本的8%。而非焊接连接不需要这些辅料, 因而也不产生这些费用。
日常维护费用: 如果严格按照焊接工艺施工, 日常维护费用与非焊接方式基本相同, 基本上免维护, 但当前现状是几乎没有完全按照焊接施工工艺进行焊接的, 因此, 焊缝处很容易发生腐蚀, 日常维护费用必然产生。

五、 水管安装的经济特性:
水管材料最典型的经济特性是:
投资小, 损失大。
投资小---水管材料占建筑物的投资比例不到2%。
损失大---损失往往是水管材料费用10倍以上。
有水管的可靠性, 才有水管的经济性。
有水管的长寿命, 才有水管的经济性。
1. 维修损失: 时间和费用损失, 至少20%。
2. 质量损失: 财产损失和环境损失, N倍损失。
3. 再投资损失: 水管的重复投资, 至少100%。
4. 对外服务损失: 服务收入损失, 至少10倍。
附: 如果焊接采用厚壁不锈钢水管, 即造价要高于薄壁不锈钢水管。
总结:
1. 薄壁不锈钢焊接管材、 管件, 给人们的印象是材料成本比其它连接方式的材料成本低很多, 因此很没有用过焊接工艺施工的项目, 很容易选择焊接式连接。这仅仅是材料成本低而已。
2. 薄壁不锈钢焊接如果严格按照焊接工艺规范施工, 则其施工费用约是非焊接工艺的2.5倍, 综合成本要比非焊接连接方式的要高。
3. 从施工难度、 施工成本、 焊接工艺的风险, 国内薄壁不锈钢当前都在大力推广非焊接方式的薄壁不锈钢连接方式, 如卡压式、 卡凸式、 沟槽式连接。