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[摘 要]承压流体输送用螺旋缝高频焊钢管是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，高频搭接焊法焊接用于承压流体输送的螺旋缝高频焊钢管，近年来在水利工程压力输水管道中应用广泛，就小型倒虹压力钢管Q235B螺旋焊管药皮焊条电弧焊施工焊条选用分析作以简单论述。
[关键词]水利工程；螺旋焊管；焊条电弧焊；焊条参数
中图分类号：TG422.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0037-02
1 工程概况
陕西省桃曲坡水库灌区低干渠输水工程2#桥倒设计为桥式倒虹，管线总长212.086m，其上下游管坡及水平段均为材质Q235B管径DN1600壁厚16mm螺旋钢管输水，倒虹水平段管内水压30米水头，属低压管道。施工过程中首先依据设计图纸利用CAD绘图软件对管线起止点、坡度及镇墩部位及坡段和水平段弯管连接切点位置进行了精确重绘放样，排除存在细节问题；并在确认完全符合设计参数后，根据上下游管坡实际长度、现场施工条件、可采用吊装设备及有效吊装距离和安全施工等因素，对管道分节加工长度和现场拼接进行了具体安装设计。本着施工安全和减少拼接的基本原则，对水平段和上下游坡段接近坡顶部位利于吊装范围采取12m管节加工，对倒虹两镇墩弯管部位达不到机械吊装要求的部位采取6m及以下管节加工。最终确定由25个管节、2个弯管和6个伸缩接组成；除去6个伸缩接（成品）法兰连接及镇墩弯管工厂加工外，现场管道直接环向焊缝18道，法兰环向焊缝12道，管道焊接质量直接影响到工程安全运行。
2 焊接需考虑因素
2.1 焊缝分类
按照水利行业SL36-2006《水工金属结构焊接通用技术条件》第4.2条焊缝分类和SL432-2008《水利工程压力钢管制造安装及验收规范》第6.3.1条焊接的基本规定和标准要求，本工程输水钢管管壁横断面对接环向纵缝、法兰焊接共两类属于一类焊缝；止水环角焊缝属于二类焊缝；其余为三类焊缝。
2.2 母材材质性能
本工程管道母材设计要求为Q235B等级碳素结构钢，含碳量≤0.2%，是一种低碳钢，国内常见钢材之一，该材质有一定的伸长率、强度，有良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接，主要用于质量要求较高的焊接结构件。进场后应及时查驗母材产品质量证明书，其规格、型号或牌号和其它技术要求应符合Q235B材质具体标准和性能要求。
2.3 焊接作业方法
本橋倒管道安装工程由于结构形式和地形条件限制，施工采取先管沟开挖，后分节管道吊入管槽，在沟槽内进行现场焊接拼装的管道安装施工过程，管道焊接工程量小，现场管槽狭陡，设备作业不便等综合因素考虑，焊接工艺选取传统的药皮焊条手工电弧焊进行。
管道加工采取双面对接焊V型带钝边外坡口加工，焊条电弧焊施工打底焊、填充焊及盖面焊整个作业过程均在管道外露天进行，便于施工、利于安全和质量控制。打底焊焊瘤和夹渣及组装定位焊结点砂轮打磨处理后内焊缝封闭处理少量工作在管道内进行。具体有平焊、向下立焊、仰焊三种位置焊接形式。
2.4 焊接材料选用
2.4.1 焊条初步选型
SL36-2006《水工金属结构焊接通用技术条件》中4.3.5条规定焊接材料的选用符合规定，应根据母材的化学成分和力学性能，焊接性、接头形式、并结合结构的特点，使用条件和焊接方法综合考虑选用焊接材料，必要时通过焊接性能实验确定。要求同一种钢材焊接，若为碳素钢、低合金钢和高强钢，其焊缝金属的力学性能应与母材相当。
DL/T5017-2007《水利水电工程压力钢管制造安装及验收规范》除上述规定外，其6.3.3条焊接的基本规定和工艺要求钢管焊接所选用的焊条、焊丝、焊剂，保护气体等，应与所施焊的钢种相匹配，且焊缝金属的抗拉强度不宜大于母材标准规定的抗拉强度上限值加30KN/mm2。
SL36-2006《水工金属结构焊接通用技术条件》表1常用钢材焊接材料的选用与DL/T5017-2007《水利水电工程压力钢管制造安装及验收规范》附录表H.1钢管焊接材料选用规定相符合，均规定适于Q235B材质的焊条国标型号为E4303、E4316和E4315三种碳钢焊条。
2.4.2 焊条类型分析
综合合以上规范标准要求和对焊接材料选用考虑等强度匹配、等韧性匹配、等成分匹配原则，依据国家标准GB/T5117-2012《非合金钢及细晶粒钢焊条》规定，结合焊条的熔敷金属抗拉强度最小值、药皮类型及适于焊接位置等具体标准分析如下：
E4303定义为其熔敷金属抗拉强度最小值不小于430Mpa，药皮类型为钛钙型，焊接位置适合于全位置b（平、立、仰、横，不一定包括向下立焊，具体由制造商确定），电流类型为交流和直流正、反接。
E4315定义为其熔敷金属抗拉强度最小值不小于430Mpa，药皮类型碱性低氢钠型，焊接位置适合于全位置b（平、立、仰、横，不一定包括向下立焊，具体由制造商确定），电流类型为直流反接。
E4316定义为其熔敷金属抗拉强度最小值不小于430Mpa，药皮类型碱性低氢钾型，焊接位置适合于全位置b（平、立、仰、横，不一定包括向下立焊，具体由制造商确定），电流类型为交流和直流反接。
2.4.3 焊条药皮性能分析
药皮焊条的焊接特性和焊缝金属的力学性能主要受药皮影响。药皮中的组成物主要作用为造渣剂、脱氧剂、造气剂、稳弧剂、粘结剂和合金化元素及熔渣的稀释和增强药皮弹塑性增滑等；有些药皮作用需焊条烘干后才可起作用，有些则是需在高温下才能显示作用，因此药皮类型不同和成分差异都会造成在焊接过程中发挥的不同作用。此外加入铁粉可以提高焊条熔敷效率，但对焊接位置有影响。交直流两用的焊条，可根据市场供应设定极性进行选择。 药品类型03：此药皮类型包含二氧化钛和碳酸钙的混合物，所以同时具有金红石焊条和碱性焊条的某些性能。药皮中含有30%（质量分数）以上的氧化钛和20%以下的钙或镁的碳酸盐矿。熔渣流动性良好，脱渣容易，电弧稳定，熔深适中，飞溅少，焊波整齐。
药皮类型15：此药皮类型碱度较高，含有大量的氧化钙和萤石，熔渣流动性好，焊接工艺性能一般，焊波较粗，角焊缝较凸，熔深适中。焊接时要求焊条干燥，采用短弧焊接。由于钠影响电弧的稳定性，只适用与直流反接。焊条熔敷金属具有良好的抗裂性能和低温冲击韧度，主要用于焊接重要的碳钢结构，也可焊接与焊条强度相适应的低合金结构钢。此药皮类型的焊条可以得到低氢含量、高冶金性能的焊缝。
药皮类型16：是在E4315型焊条药皮的基础上添加钾水玻璃等稳弧剂，由于钾增强电弧的稳定性，电弧稳定，适用于交流焊接。工艺性能和焊接位置与E4315型焊条相似。
2.4.4 焊条选型确定
综合以上焊条力学性能和药皮焊接性能分析，本工程螺旋焊管焊条电弧焊最终选定焊条类型为低氢钾型E4316碳钢焊条，直径为Φ3.2mm和Φ4.0mm两种规格。
3.焊条质量控制：
焊接材料具有产品质量证明书，符合相应标准规定，其规格、型号或牌号和其他技术要求满足设计文件要求。材料入库时，应按其相应的规定进行验收，对材质有怀疑时，及时进行复检，合格后方可使用。焊条放置于通风、干燥和室温不低于5℃的专设库房内，设专人保管，烘干和发放。烘干后的焊条保存在100～150℃的恒温箱内，焊条药皮无脱落和明显的裂纹。现场使用的焊条装入保温桶，焊条在保温桶内的时间不大于4h，超过后应重新烘干，重复烘干次数不超过2次。
焊条符合《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T5117-2012熔敷金属化学成分，熔敷金属拉伸实验结果以及焊缝金属夏比V型缺口冲击实验和焊缝探伤符合《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T5117-2012具体规定。
焊条尺寸和公差符合GB/T25775-2010《焊接材料供货技术条件》具体规定，焊条药皮应均匀，紧密地包覆在焊芯周围，焊条药皮上不应有影响焊接质量的裂纹、气泡、杂质及脱落等缺陷。焊条引弧端药皮应倒角，焊芯端面应露出。焊条沿圆周的露芯应不大于圆周的1/2。碱性药皮类型焊条长度方向上露芯长度应不大于焊芯直径的1/2或1.6mm两者的较小值。焊条偏心度：直径不大于2.5mm焊条偏心度不大于7%；直径3.2mm和4.0mm的焊条，偏心度不大于5%；直径不小于5.0mm焊条，偏心度不大于4%。
4.施焊效果评价
本桥倒钢管焊接施工质量检测采用超声波进行，共分为两次对焊接质量进行平行检测。第一次为倒虹水平段镇墩部位混凝土施工前弯管焊接部位超声检测，在确定焊缝焊接质量合格后首先对镇墩部位弯管进行了浇筑定位，确定了水平和坡向基准位置。二次为管道整体安装完成后，对后期完成所有焊缝进行了超声质量检测，结果显示除个别焊缝存在加渣重新切割处理外，大部分焊缝焊接质量良好，分析其原因主要在于焊工操作过程质量控制。
5.結语
手工电弧焊接由于其适用性强在目前施工中经常遇到，无论是结构钢筋连接，钢结构施工和金属管道施工，焊接质量的全过程管理尤为重要。设备性能、工艺可靠、技术能力、焊接热处理、环境因素等影响焊接质量的因素很多，但焊条选型往往同等重要，不能仅满足母材力学性能匹配，還需深度考虑药皮类型和具体在焊接过程中溶化和分解后产生气体和熔渣隔绝空气，防止熔滴，防止高温焊缝面氧化和氮化以及减慢冷却的机械保护作用；焊接高温过程的脱氧、去硫、去氢及渗合金等焊接冶金作用；确保电弧容易引燃及连续稳定燃烧，减少飞溅和过多熔滴过度改善焊接工艺性能作用。所以焊条的选用应严格参考相关规范标准选取，确保焊条符合等强度及母材匹配同时，满足适用的焊接方法和有利改善焊接工艺性能，确保焊接工程质量。
参考文献
[1] 《水利水电工程压力钢管制造安装及验收规范》DL/T5017-2007.
[2] 《水工金属结构焊接通用技术条件》SL36-2006.
[3] 《水利工程压力钢管制造安装及验收规范》SL432-2008.
[4] 《非合金钢及细晶粒钢焊条》GBT5117-2012.
[5] 《焊接材料供货技术条件》GB/T25775.
[6] 《焊接手册》第一卷 焊接方法及设备 机械工业出版社 中国机械工程学会焊接学会编.
[关键词]水利工程；螺旋焊管；焊条电弧焊；焊条参数
中图分类号：TG422.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0037-02
1 工程概况
陕西省桃曲坡水库灌区低干渠输水工程2#桥倒设计为桥式倒虹，管线总长212.086m，其上下游管坡及水平段均为材质Q235B管径DN1600壁厚16mm螺旋钢管输水，倒虹水平段管内水压30米水头，属低压管道。施工过程中首先依据设计图纸利用CAD绘图软件对管线起止点、坡度及镇墩部位及坡段和水平段弯管连接切点位置进行了精确重绘放样，排除存在细节问题；并在确认完全符合设计参数后，根据上下游管坡实际长度、现场施工条件、可采用吊装设备及有效吊装距离和安全施工等因素，对管道分节加工长度和现场拼接进行了具体安装设计。本着施工安全和减少拼接的基本原则，对水平段和上下游坡段接近坡顶部位利于吊装范围采取12m管节加工，对倒虹两镇墩弯管部位达不到机械吊装要求的部位采取6m及以下管节加工。最终确定由25个管节、2个弯管和6个伸缩接组成；除去6个伸缩接（成品）法兰连接及镇墩弯管工厂加工外，现场管道直接环向焊缝18道，法兰环向焊缝12道，管道焊接质量直接影响到工程安全运行。
2 焊接需考虑因素
2.1 焊缝分类
按照水利行业SL36-2006《水工金属结构焊接通用技术条件》第4.2条焊缝分类和SL432-2008《水利工程压力钢管制造安装及验收规范》第6.3.1条焊接的基本规定和标准要求，本工程输水钢管管壁横断面对接环向纵缝、法兰焊接共两类属于一类焊缝；止水环角焊缝属于二类焊缝；其余为三类焊缝。
2.2 母材材质性能
本工程管道母材设计要求为Q235B等级碳素结构钢，含碳量≤0.2%，是一种低碳钢，国内常见钢材之一，该材质有一定的伸长率、强度，有良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接，主要用于质量要求较高的焊接结构件。进场后应及时查驗母材产品质量证明书，其规格、型号或牌号和其它技术要求应符合Q235B材质具体标准和性能要求。
2.3 焊接作业方法
本橋倒管道安装工程由于结构形式和地形条件限制，施工采取先管沟开挖，后分节管道吊入管槽，在沟槽内进行现场焊接拼装的管道安装施工过程，管道焊接工程量小，现场管槽狭陡，设备作业不便等综合因素考虑，焊接工艺选取传统的药皮焊条手工电弧焊进行。
管道加工采取双面对接焊V型带钝边外坡口加工，焊条电弧焊施工打底焊、填充焊及盖面焊整个作业过程均在管道外露天进行，便于施工、利于安全和质量控制。打底焊焊瘤和夹渣及组装定位焊结点砂轮打磨处理后内焊缝封闭处理少量工作在管道内进行。具体有平焊、向下立焊、仰焊三种位置焊接形式。
2.4 焊接材料选用
2.4.1 焊条初步选型
SL36-2006《水工金属结构焊接通用技术条件》中4.3.5条规定焊接材料的选用符合规定，应根据母材的化学成分和力学性能，焊接性、接头形式、并结合结构的特点，使用条件和焊接方法综合考虑选用焊接材料，必要时通过焊接性能实验确定。要求同一种钢材焊接，若为碳素钢、低合金钢和高强钢，其焊缝金属的力学性能应与母材相当。
DL/T5017-2007《水利水电工程压力钢管制造安装及验收规范》除上述规定外，其6.3.3条焊接的基本规定和工艺要求钢管焊接所选用的焊条、焊丝、焊剂，保护气体等，应与所施焊的钢种相匹配，且焊缝金属的抗拉强度不宜大于母材标准规定的抗拉强度上限值加30KN/mm2。
SL36-2006《水工金属结构焊接通用技术条件》表1常用钢材焊接材料的选用与DL/T5017-2007《水利水电工程压力钢管制造安装及验收规范》附录表H.1钢管焊接材料选用规定相符合，均规定适于Q235B材质的焊条国标型号为E4303、E4316和E4315三种碳钢焊条。
2.4.2 焊条类型分析
综合合以上规范标准要求和对焊接材料选用考虑等强度匹配、等韧性匹配、等成分匹配原则，依据国家标准GB/T5117-2012《非合金钢及细晶粒钢焊条》规定，结合焊条的熔敷金属抗拉强度最小值、药皮类型及适于焊接位置等具体标准分析如下：
E4303定义为其熔敷金属抗拉强度最小值不小于430Mpa，药皮类型为钛钙型，焊接位置适合于全位置b（平、立、仰、横，不一定包括向下立焊，具体由制造商确定），电流类型为交流和直流正、反接。
E4315定义为其熔敷金属抗拉强度最小值不小于430Mpa，药皮类型碱性低氢钠型，焊接位置适合于全位置b（平、立、仰、横，不一定包括向下立焊，具体由制造商确定），电流类型为直流反接。
E4316定义为其熔敷金属抗拉强度最小值不小于430Mpa，药皮类型碱性低氢钾型，焊接位置适合于全位置b（平、立、仰、横，不一定包括向下立焊，具体由制造商确定），电流类型为交流和直流反接。
2.4.3 焊条药皮性能分析
药皮焊条的焊接特性和焊缝金属的力学性能主要受药皮影响。药皮中的组成物主要作用为造渣剂、脱氧剂、造气剂、稳弧剂、粘结剂和合金化元素及熔渣的稀释和增强药皮弹塑性增滑等；有些药皮作用需焊条烘干后才可起作用，有些则是需在高温下才能显示作用，因此药皮类型不同和成分差异都会造成在焊接过程中发挥的不同作用。此外加入铁粉可以提高焊条熔敷效率，但对焊接位置有影响。交直流两用的焊条，可根据市场供应设定极性进行选择。 药品类型03：此药皮类型包含二氧化钛和碳酸钙的混合物，所以同时具有金红石焊条和碱性焊条的某些性能。药皮中含有30%（质量分数）以上的氧化钛和20%以下的钙或镁的碳酸盐矿。熔渣流动性良好，脱渣容易，电弧稳定，熔深适中，飞溅少，焊波整齐。
药皮类型15：此药皮类型碱度较高，含有大量的氧化钙和萤石，熔渣流动性好，焊接工艺性能一般，焊波较粗，角焊缝较凸，熔深适中。焊接时要求焊条干燥，采用短弧焊接。由于钠影响电弧的稳定性，只适用与直流反接。焊条熔敷金属具有良好的抗裂性能和低温冲击韧度，主要用于焊接重要的碳钢结构，也可焊接与焊条强度相适应的低合金结构钢。此药皮类型的焊条可以得到低氢含量、高冶金性能的焊缝。
药皮类型16：是在E4315型焊条药皮的基础上添加钾水玻璃等稳弧剂，由于钾增强电弧的稳定性，电弧稳定，适用于交流焊接。工艺性能和焊接位置与E4315型焊条相似。
2.4.4 焊条选型确定
综合以上焊条力学性能和药皮焊接性能分析，本工程螺旋焊管焊条电弧焊最终选定焊条类型为低氢钾型E4316碳钢焊条，直径为Φ3.2mm和Φ4.0mm两种规格。
3.焊条质量控制：
焊接材料具有产品质量证明书，符合相应标准规定，其规格、型号或牌号和其他技术要求满足设计文件要求。材料入库时，应按其相应的规定进行验收，对材质有怀疑时，及时进行复检，合格后方可使用。焊条放置于通风、干燥和室温不低于5℃的专设库房内，设专人保管，烘干和发放。烘干后的焊条保存在100～150℃的恒温箱内，焊条药皮无脱落和明显的裂纹。现场使用的焊条装入保温桶，焊条在保温桶内的时间不大于4h，超过后应重新烘干，重复烘干次数不超过2次。
焊条符合《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T5117-2012熔敷金属化学成分，熔敷金属拉伸实验结果以及焊缝金属夏比V型缺口冲击实验和焊缝探伤符合《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T5117-2012具体规定。
焊条尺寸和公差符合GB/T25775-2010《焊接材料供货技术条件》具体规定，焊条药皮应均匀，紧密地包覆在焊芯周围，焊条药皮上不应有影响焊接质量的裂纹、气泡、杂质及脱落等缺陷。焊条引弧端药皮应倒角，焊芯端面应露出。焊条沿圆周的露芯应不大于圆周的1/2。碱性药皮类型焊条长度方向上露芯长度应不大于焊芯直径的1/2或1.6mm两者的较小值。焊条偏心度：直径不大于2.5mm焊条偏心度不大于7%；直径3.2mm和4.0mm的焊条，偏心度不大于5%；直径不小于5.0mm焊条，偏心度不大于4%。
4.施焊效果评价
本桥倒钢管焊接施工质量检测采用超声波进行，共分为两次对焊接质量进行平行检测。第一次为倒虹水平段镇墩部位混凝土施工前弯管焊接部位超声检测，在确定焊缝焊接质量合格后首先对镇墩部位弯管进行了浇筑定位，确定了水平和坡向基准位置。二次为管道整体安装完成后，对后期完成所有焊缝进行了超声质量检测，结果显示除个别焊缝存在加渣重新切割处理外，大部分焊缝焊接质量良好，分析其原因主要在于焊工操作过程质量控制。
5.結语
手工电弧焊接由于其适用性强在目前施工中经常遇到，无论是结构钢筋连接，钢结构施工和金属管道施工，焊接质量的全过程管理尤为重要。设备性能、工艺可靠、技术能力、焊接热处理、环境因素等影响焊接质量的因素很多，但焊条选型往往同等重要，不能仅满足母材力学性能匹配，還需深度考虑药皮类型和具体在焊接过程中溶化和分解后产生气体和熔渣隔绝空气，防止熔滴，防止高温焊缝面氧化和氮化以及减慢冷却的机械保护作用；焊接高温过程的脱氧、去硫、去氢及渗合金等焊接冶金作用；确保电弧容易引燃及连续稳定燃烧，减少飞溅和过多熔滴过度改善焊接工艺性能作用。所以焊条的选用应严格参考相关规范标准选取，确保焊条符合等强度及母材匹配同时，满足适用的焊接方法和有利改善焊接工艺性能，确保焊接工程质量。
参考文献
[1] 《水利水电工程压力钢管制造安装及验收规范》DL/T5017-2007.
[2] 《水工金属结构焊接通用技术条件》SL36-2006.
[3] 《水利工程压力钢管制造安装及验收规范》SL432-2008.
[4] 《非合金钢及细晶粒钢焊条》GBT5117-2012.
[5] 《焊接材料供货技术条件》GB/T25775.
[6] 《焊接手册》第一卷 焊接方法及设备 机械工业出版社 中国机械工程学会焊接学会编.