黄河流经多少个省:关于镀锌管道连接问题的探讨

城市燃气输配镀锌管的焊接质量控制

陆惠龙

摘要：本文探讨了镀锌管的焊接工艺及焊接质量控制方法，对保证燃气输送的安全提供了保障

关键词 ：镀锌 焊接 质量控制

一、概述

镀锌钢广泛运用于各行各业, 采用镀锌钢的好处是利用在空气中能够形成致密氧化物保护层的金属锌来保护内部的钢结构。在被焊接、划伤的情况下，由于Zn-Fe原电池的存在，相对活泼的镀锌部分可以作为牺牲阳极，延缓钢铁的锈蚀,同时各个结构死角均能到达,耐腐蚀性良好。在西气东输工程末端市场--居民用户楼栋输气中,大量采用了镀锌管。由于传统的镀锌管丝扣连接容易泄露,造成维护工作量大,明装管影响建筑外观等缺点，寻求新的连接方式是必然的选择。焊接由于其密封性好，强度高等优点为部分城市燃气工程所采用。然而由于镀锌层的存在，在焊接中容易产生裂纹、气孔、夹渣，使较难得到良好的焊接质量。因此，怎样保证焊接质量，成为镀锌管安装的一个关键。

二、镀锌钢的焊接特点

镀锌钢一般是在低碳钢外镀一层锌，镀锌层一般在20um厚。锌的熔点在419°C，沸点908°C左右。在焊接中，锌熔化成液体浮在熔池表面或在焊缝根部位置。锌在铁中具有较大固溶度，锌液体会沿晶界深入浸蚀焊缝金属，低熔点锌形成“液体金属脆化”。同时，锌与铁可形成金属间脆性化合物，如Fe3Zn10（δ相）,FeZn10（ε相）等(见图1)。这些脆性相使焊缝金属塑性降低，在拉应力作用下而产生裂纹。如果焊接角焊缝，尤其是T形接头的角焊缝最容易产生穿透裂纹。

图1、Fe-Zn状态图

镀锌钢焊接时，坡口表面及边缘处的锌层，在电弧热作用下，产生氧化、熔化、蒸发以至挥发出白色烟尘和蒸汽，极易引起焊缝气孔。

由于氧化而形成的ZnO，其熔点较高，约1800°C以上，若在焊接过程中参数偏小，将引起ZnO夹渣，同时。由于Zn成为脱氧剂。产生FeO-MnO或FeO-MnO-SiO2低熔点氧化物夹渣。

如果选择焊接规范不合适，操作手法不当，很容易使焊缝边缘处的镀锌层熔化以至扩大熔化区域，有可能破坏镀锌层，尤其是在拉长电弧和大幅度摆动操作情况下，增宽熔化区域，破坏镀锌层更为严重。

同时，由于锌的蒸发，挥发出大量的白色烟尘，对人体有刺激、伤害作用，因此，选择产生烟尘量较低的焊接方法、材料也是必须考虑的因素。

三、城市燃气应用对镀锌管焊接的要求

Cjj94-2003《城镇燃气室内工程施工及验收规范》第1.0.3条规定“焊接人员应持有上岗资格证”；第2.2.5条第四款规定“焊缝外观质量应符合GB50236-98中表11.3.2中的III级焊缝标准”，第5款规定“在主管道上开孔接支管时，开孔边缘距管道对接焊缝不应小于100mm,当小于100mm时，对接焊缝应进行射线探伤”。根据GB50236-98表11.3.2对未焊透的要求“不加垫单面焊允许值≦0.15δ,且≦0.15mm 缺陷总长在6δ焊缝长度内不超过δ”及Cjj94-2003中射线探伤要求，确定镀锌管对接焊缝应采用单面焊双面成形工艺。同时，由于单面焊双面成形工艺对焊工素质的要求较高，应选用锅炉压力容器压力管道焊工，并具有相应的焊工操作项目。由于规范未提出探伤比例，应严格要求焊工按焊接工艺确定的坡口组对，严格按工艺参数施焊，当有怀疑的时候应采用增加探伤要求或切取断面观察等验证手段。

三、焊接工艺的选择

镀锌钢的焊接方法较多，一般在镀锌钢结构中常用气焊、手工电弧焊、CO2气体保护焊、埋弧自动焊、钨极氩弧焊等方法。

气焊过去常用于镀锌管的焊接，由于气焊热输入不集中，容易产生缺陷，焊缝机械性能差等缺点，目前在安装行业基本淘汰。气焊对镀锌层破坏较大。

CO2气体保护焊对镀锌钢的焊接性能良好，当采用合适的焊接规范和匹配的保护气体、焊接材料时，可获得优质的焊接接头。该方法在工程实践中较少采用。

钨极氩弧焊电弧能量集中，对镀锌层的破坏较少，并且较易形成良好的单面焊双面成形接头，是值得采用的一种焊接方法，但焊接速度、较慢、成本较贵。

手工电弧焊是目前管道安装中采用最为普遍的一种焊接方法。在正确权责焊条情况下，如J421、J422、J423等氧化钛型和钛钙型焊条施焊时，由于这些焊条药皮中含有大量的金红石和钛铁矿，焊条的熔化率较大，相对增加了熔化速度。如果在不摆动条件下，只是能破坏熔池前沿等镀锌层，一般不至于扩大熔化区域，可减少锌液体对焊缝金属的渗透；在采用正确的操作方法和焊接材料的情况下，可得到接头机械性能较好，并无缺陷的焊接质量。

根据目前施工队伍的现实情况，由于手工电弧焊相对于钨极氩弧焊价格便宜、速度快，在具备操作熟练的焊工情况下，确定了采用手工电弧焊工艺。

四、焊接工艺控制

镀锌钢的焊前准备与一般的低碳钢是相同的，需要注意的是要认真处理好坡口尺寸和附近的镀锌层。为了焊透，坡口尺寸要适当，一般60~65°，要留有一定的间隙，一般为1.5~2.5mm;为了减少锌对焊缝的渗透，在焊之前，可将坡口内的镀锌层清除以后再焊。在实际监理工作中，采用了集中打坡口，不留钝边工艺进行集中控制，两层焊接工艺，减少了未焊透的可能性。

焊条应根据镀锌管的基体材质选用，一般低碳钢由于考虑易操作性，选用J422较为普遍。

焊接手法：在焊多层焊的第一层焊缝时，尽量使锌层熔化并使之汽化、蒸发而逸出焊缝，可大大减少液体锌留在焊缝中。在焊角焊缝时，同样在第一层尽量使锌层熔化并使之汽化、蒸发而逸出焊缝，其方法是先将焊条端部向前移出约5~7mm左右，当使锌层熔化后再回到原来位置继续向前施焊。再横焊和立焊时，如选用短渣焊条如J427，咬边倾向会很小；如果采用前后往返运条技术，更可以得到无缺陷的焊接质量。

镀锌管（10#钢基体）对接Φ57x3.5x100，如下图

焊接参数J422 φ2.5 电流90~100A,电压22~24V

五、焊接质量保证措施

从人、材、机、法、环五个方面进行控制

1、 人的因素是燃气镀锌管施焊的控制重点。由于缺乏必要的焊后控制手段，极易偷工减料，影响质量；同时镀锌管的焊接特殊性使得不容易保证焊接质量。因此，在工程开始前，就应该选择技术熟练、最好持有相应锅炉压力容器或相当得焊工证的焊工，进行必要的技术培训、交底，参照锅炉压力容器焊工考试规则进行现场焊工考核认可后，给予进入现场施焊的许可。并不得随意更换，保证施焊该管道焊工人员相对稳定。

2、 焊材的控制：保证采购的是正规渠道的焊材，有质保书、合格证，符合工艺要求；焊材的验收、领发料手续要正规齐全，焊条头回收控制严格，以保证流向、用量；焊材要严格按工艺烘烤，并一次发放不超过半天用量。

3、 焊机；焊机是施焊的机具，必须保证性能可靠、符合工艺需要；焊机必须有检定合格的电流、电压表，以保证焊接工艺的正确实施。焊接电缆不能过长，较长时要调整焊接参数。

4、 焊接工艺方法：保证镀锌管特殊操作方法的严格实施，按焊接工艺进行焊前坡口检查，施焊工艺参数、操作手法控制，焊后外观质量检查，必要时增加焊后无损检测。控制焊接层次、每道口的焊材用量。

5、 焊接环境控制：保证施焊时的温度、湿度、风速符合工艺要求。无条件时不得施焊。

六、结论：

镀锌钢管焊接已显示具有很大的优越性，在实际应用中，由于天然气的低腐蚀性，在外部接头处适当油漆防护（如富锌底漆

）下，能保证使用多年而不发生泄露，对楼栋管的安装提供了极大的灵活性和可能性，而丝接具有很大的危险性。手工电弧焊是目前镀锌管安装中适宜的焊接方法之一，抓住人、材、机、法、环等要素进行控制，得到优质的焊接接头，是保证日后运行安全的关键。

参考文献

1、 顾钰熹 《特种工程材料焊接》，辽宁科学出版社，1998.8

2、 中国建设监理协会 《建设工程质量控制》，中国建筑工业出版社，2003年1月

3、 曾继炎、张同、丁晓敏 《气源转换对燃气输配管网的影响及其对策》，城市公用事业， 1996年第02期