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摘要：简要介绍了直埋敷设应用概况。对直埋敷设热水管道焊接、常见缺陷及防止措施、超声波探伤等方面做了积极探索。
关键词：直埋敷设技术；焊接工艺；常见缺陷及防止措施；超声波探伤技术
Abstract: this paper briefly introduces the general application directly buried installation. Directly buried installation of hot water pipe welding, common defects and the prevention measures, such as ultrasonic testing of the active exploration.
Keywords: directly buried installation technology; Welding technics; Common defects and the prevention measures; Ultrasonic inspection technology
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
引言：随着我国城市集中供热的飞速发展，预制保温管直埋敷设以其占地少、施工速度快、造价低、保温效果好、热损失小、使用寿命长等优点，逐步得到供暖行业的认可并普及应用。而由于城市地下线路繁杂，施工作业面小，且管网施工多为固定焊口，增加了焊工的操作难度，并且很容易造成气孔、夹渣、未熔合、未焊透、弧坑、裂纹等焊接缺陷，因此对管网的焊接工艺提出了较高的要求。通过强化焊接工艺管理及焊接质量控制，并采用超声波探伤技术对管道进行无损检测，确保了供热管网的质量和安全。
1、 直埋敷设技术应用
预制保温管直埋敷设技术早在20世纪60年代末在北欧国家率先应用和发展，于20世纪80年代引入我国，经过多年的应用与发展，热水管道直埋敷设在设计、施工、验收等方面，得到了逐步完善。二十余年的应用证明，供热管道直埋敷设具有良好的社会效益和经济效益，目前已成为我国城市热力管网工程的主要敷设方式之一。
2、 直埋敷设管道的焊接
直埋敷设供热管道材质为Q235B碳素结构钢。管道焊接采用手工电弧焊单面焊双面成型。单面焊双面成型技术是采用普通焊条，在不需要任何辅助措施条件下，只是坡口根部在进行组装定位焊时，应按焊接的不同操作手法留出不同的间隙，在坡口的正面进行焊接，就会在坡口的正、背两面都得到均匀整齐、成形良好、符合质量要求的焊缝。单面焊双面成型一般有断弧焊和连弧焊两种焊法，前者电弧时灭时燃，靠调节电弧燃、灭时间的长短来控制熔池的温度。因为工艺参数选择范围较宽易于掌握，是目前电焊工普遍采用的一种方法。连弧焊接方法操作难度大，应用较少。单面焊双面成型焊接电源采用直流弧焊电源，直流弧焊电源电弧稳定、柔顺、飞溅少。用直流弧焊机焊接时，由于受到焊接回路中所产生电磁力的作用而容易产生电弧偏吹（磁偏吹）。通过改变接地线位置或减小焊接电流及改变焊条角度，能够减弱磁偏吹的影响。焊条常用Φ3.2㎜E4303结构钢焊条，采用直流反接，反接時电弧比正接稳定。焊条在使用前要进行烘干，E4303焊条属于酸性焊条，焊前烘焙温度150℃保温 2 小时。焊接电流一般取焊条直径的35～55倍，平焊时，可选用较大电流进行焊接；立焊时，为了避免金属从熔池中流出，电流应比平焊减少10％～15％；而仰焊则要减少15％～20％。
2.1焊前准备
管子焊接前应进行全面的清理，除去焊端坡口表面内外20㎜左右范围内的铁锈、泥土、油脂、毛刺等。检查管端的端面垂直度，断面不圆的要进行整圆处理。
2.2坡口加工
管壁厚度小于4mm 的管道焊接时可不开坡口，但焊接时两管之间应留有1～2 mm的间隙。当管壁厚度大于等于4㎜时，焊接前应将管端加工成坡口，以避免焊缝不实，出现焊不透现象。常采用V形坡口，坡口角度60°～70°用角向打磨机将坡口磨光，并用锉刀锉出适当的钝边，钝边一般为0.5～1㎜。
2.3对口与焊接
对口时应多转几次管子，使错口的偏差值不大于管壁厚度的10%，且不大于1㎜并保证对口间隙均匀。管壁厚度4～5㎜，对口间隙取2㎜；管壁厚度6～10㎜，对口间隙取2～3㎜；管壁厚度大于10㎜，对口间隙取3～4㎜。管子对好口后，要先用点焊固定，点焊不少于三处，定位焊缝长10～15㎜，高度为2～4㎜且不超过管壁厚度的三分之二。点焊后经检查调直无偏差时再进行正式焊接。管子在焊接时应垫牢，凡是可以转动的管子都应采用转动焊接，以减少固定焊接中的仰焊，这样可以提高焊接速度和保证焊接质量。对于壁厚小于6㎜的管道，可用底层和加强层两层焊接；管壁厚度6㎜以上时应用增加中间层的三层焊接。多层焊缝的焊接起点应相互错开30～40㎜，每层焊缝厚度不超过3～4㎜，两相邻管道的焊缝间距应大于管径，且不得小于200㎜。焊缝距弯管起弯点不应小于管子外径，且不得小于100㎜。焊接完毕应自然冷却，不得用水骤冷。
在施工现场，不带垫圈的V型坡口对接焊比较普遍。焊法有两种：一种是分两半焊接，另一种是顺着管子圆周焊接。其中两半焊接法应用广泛，它是沿垂直中心线将管子截面分成相等的两半，各进行仰、立、平、三种位置的焊接，在仰焊及平焊处形成两个接头，此法能保证铁水和熔渣很好地分离，透度比较容易控制。仰焊接头时，由于起焊处容易产生气孔、未焊透等缺陷，故接头时应把起焊处的原焊缝用电弧割去一部分（约10㎜长），这样既割除了可能有缺陷的焊缝，而且形成缓坡形割槽，也便于接头。平焊接头时先修理接头处，使成一缓坡形；选用适中的电流值，当运条至立平焊位置时，焊条前倾，保持顶弧焊，并稍作横向摆动；当距接头处尚有3～5㎜间隙，即将封闭时，绝不可灭弧。接头封闭的时候，需把焊条向里稍微压一下，此时，可听到电弧打穿根部而产生的“啪喇”声，并且在接头处来回摆动以延长停留时间，从而保证充分的熔合。熄弧之前，必须填满熔池，而后将电弧引致坡口一侧熄灭。管道焊接完成后，要进行检查。焊缝表面应平整，宽度、高度均匀一致，并有完整的加强面。焊缝高度不得大于该管道壁厚的30%，且小于或等于5㎜；焊缝宽度应焊出坡口边缘2～3㎜。焊缝所在处不得开孔或安装分支连接管，焊缝及热影响区表面应无气孔、夹渣、未熔合、未焊透、弧坑、裂纹、咬边等缺陷。
3、 常见缺陷及防止措施
表面气孔 ：表面气孔指焊接熔池中的气体在熔池冷却过程中未能充分逸出，而残留在焊缝金属中形成孔穴。产生原因是熔化金属冷却太快，焊条药皮太薄或受潮，电弧长度不当。
防止措施：使用抗气体强的酸性焊条，焊接前仔细清除焊件焊缝两侧的油污、铁锈、氧化皮，焊条不能受潮，焊接速度电流要适中，尽量采用短弧焊接。
夹渣：夹渣是指残留在焊缝中的非金属夹杂物。主要原因焊接电流过小，焊接速度过快，使熔池凝固过快，夹渣物来不及浮出。运条不正确使铁水与熔渣混合阻碍熔渣上浮，多层焊焊时清渣不干净，焊件坡口角度过小。
防止措施：清理母材坡口及其附近表面的脏物、氧化渣，彻底清理前一焊道的熔渣，防止其它夹渣混入。选择中等的焊接电流，使熔池达到一定温度，防止焊缝金属冷却过快，以使熔渣充分浮出。始终保持熔池清晰可见，促进熔渣与铁水有良好的分离，采用工艺性能良好的焊条。
未熔合：未熔合指焊缝与母材之间未完全熔合在一起，或焊层间未熔合在一起。产生的原因是焊接电流过小，焊接速度过快，电弧过长，熔池偏于一侧，或由于底层锈迹，熔渣未清除干净等原因造成的。
防止措施：采用较大的焊接电流,正确地进行施焊操作, 注意坡口两侧及焊层间熔渣和污物的清理，注意运条时焊条角度的调整，使熔合均匀且熔透。
未焊透：未焊透指焊接时接头根部未完全熔透的现象。产生原因是坡口形式不正确，坡口角度或对口间隙过小，钝边过大，焊接电流过小，焊条摆动过快，焊缝表面有污迹等。
防止措施：选择合适的坡口形式，控制接头坡口尺寸，彻底清理焊根，选择适当的焊接电流和焊接速度。管道对接接头组对间隙，一般应与焊条直径相等。
弧坑：弧坑是指焊缝收尾处产生的低于基本金属表面的凹坑。主要原因是电流过小，焊条摆动过快，焊条填入量过少。
防止措施：收弧时，电弧不要突然熄灭，焊条在熔池处短时间停留，有足够的熔化金属填满熔池。
表面裂纹：产生的原因是焊条的化学成分与母材金属成分不符或由于热应力集中，冷却过快，焊缝有硫、磷等杂质。
防止措施：控制焊缝中的碳、硫、磷的含量，焊前对焊件整体或局部进行预热，焊后缓冷，减小焊接结构的刚性，控制焊缝成形。
咬边：咬边是指沿着焊池的母材位置产生的沟槽或凹陷。产生的原因是由于工件被熔化去一定深度，填充金属未能及时填充造成的。当电流过大，电弧拉得过长，焊条角度不当都容易产生咬边。尤其是平角焊、立焊、仰焊、横焊时咬边是一种常见缺陷。咬边深度应小于0.5㎜，且每道焊缝的咬边长度不得大于该焊缝总长的10%。
防止措施：电流和焊速要适当，电弧不要太长，焊条角度和运条方法要正确。
延迟裂纹：延迟裂纹是由于塑性储备、应力状态以及焊缝金属中氢含量等综合作用而产生的焊接裂纹。
防止措施：焊前烘干焊条，减少氢的来源，采用低氢型焊条，焊前预热，降低焊接接头的冷却速度，焊接后立即对焊件进行加热或保温，使氢逸出，适当提高焊接电流，减慢焊接速度，防止形成脆硬组织，采用合理的焊接顺序，尽量减少焊接应力。
4、超声波探伤技术的应用。
超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查缺陷的一种方法。超声波探伤以其探伤距离大、探伤装置体积小、重量轻、便于携带、检测速度快、检测费用低等优势，得到越来越多的应用。管道环焊缝从不同侧面探测时，如果只有一侧有回波，或者从不同侧面探测得到的回波幅度相差很大，这样的回波基本上是干扰波而不是伤波。反之，从两侧探测得到的回波都比较大，二者相差不大，基本上是伤波。管道焊口经无损检验不合格时，应该对该焊工焊接的焊口在原规定检验比例基础上加倍抽检，其中不合格部位必须返修，返修后仍按原规定方法进行探伤，仍有不合格时，应取消该焊工的焊接资格，对取消焊接资格的焊工所焊的全部焊缝应进行无损探伤检验。对于冷裂敏感的材料如低合金高强钢，焊后24小时以后才能进行无损检测，原因是低合金高强钢容易产生延迟裂纹，延迟裂纹是冷裂纹的一种，它不是在焊接过程中产生的，而是在焊后延续一段时间产生的，有的几小时，几天，或更长时间才出现。
5、结束语：
實践证明直埋敷设供热管网有很多的优点，具有显著的社会效益、经济效益、节能效益。控制好管道焊接质量是直埋敷设管道质量控制的关键。超声波无损探伤技术的应用，为保障管道安全运行起到了重要的作用。
参考文献
[1]城镇直埋供热管道工程技术规范
[2]城镇供热管网工程施工及验收规范
[3]钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级GB/T11345-89
作者简介 : 宫殿有（男）,助理工程师,主要从事供热管道施工管理工作。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：直埋敷设技术；焊接工艺；常见缺陷及防止措施；超声波探伤技术
Abstract: this paper briefly introduces the general application directly buried installation. Directly buried installation of hot water pipe welding, common defects and the prevention measures, such as ultrasonic testing of the active exploration.
Keywords: directly buried installation technology; Welding technics; Common defects and the prevention measures; Ultrasonic inspection technology
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
引言：随着我国城市集中供热的飞速发展，预制保温管直埋敷设以其占地少、施工速度快、造价低、保温效果好、热损失小、使用寿命长等优点，逐步得到供暖行业的认可并普及应用。而由于城市地下线路繁杂，施工作业面小，且管网施工多为固定焊口，增加了焊工的操作难度，并且很容易造成气孔、夹渣、未熔合、未焊透、弧坑、裂纹等焊接缺陷，因此对管网的焊接工艺提出了较高的要求。通过强化焊接工艺管理及焊接质量控制，并采用超声波探伤技术对管道进行无损检测，确保了供热管网的质量和安全。
1、 直埋敷设技术应用
预制保温管直埋敷设技术早在20世纪60年代末在北欧国家率先应用和发展，于20世纪80年代引入我国，经过多年的应用与发展，热水管道直埋敷设在设计、施工、验收等方面，得到了逐步完善。二十余年的应用证明，供热管道直埋敷设具有良好的社会效益和经济效益，目前已成为我国城市热力管网工程的主要敷设方式之一。
2、 直埋敷设管道的焊接
直埋敷设供热管道材质为Q235B碳素结构钢。管道焊接采用手工电弧焊单面焊双面成型。单面焊双面成型技术是采用普通焊条，在不需要任何辅助措施条件下，只是坡口根部在进行组装定位焊时，应按焊接的不同操作手法留出不同的间隙，在坡口的正面进行焊接，就会在坡口的正、背两面都得到均匀整齐、成形良好、符合质量要求的焊缝。单面焊双面成型一般有断弧焊和连弧焊两种焊法，前者电弧时灭时燃，靠调节电弧燃、灭时间的长短来控制熔池的温度。因为工艺参数选择范围较宽易于掌握，是目前电焊工普遍采用的一种方法。连弧焊接方法操作难度大，应用较少。单面焊双面成型焊接电源采用直流弧焊电源，直流弧焊电源电弧稳定、柔顺、飞溅少。用直流弧焊机焊接时，由于受到焊接回路中所产生电磁力的作用而容易产生电弧偏吹（磁偏吹）。通过改变接地线位置或减小焊接电流及改变焊条角度，能够减弱磁偏吹的影响。焊条常用Φ3.2㎜E4303结构钢焊条，采用直流反接，反接時电弧比正接稳定。焊条在使用前要进行烘干，E4303焊条属于酸性焊条，焊前烘焙温度150℃保温 2 小时。焊接电流一般取焊条直径的35～55倍，平焊时，可选用较大电流进行焊接；立焊时，为了避免金属从熔池中流出，电流应比平焊减少10％～15％；而仰焊则要减少15％～20％。
2.1焊前准备
管子焊接前应进行全面的清理，除去焊端坡口表面内外20㎜左右范围内的铁锈、泥土、油脂、毛刺等。检查管端的端面垂直度，断面不圆的要进行整圆处理。
2.2坡口加工
管壁厚度小于4mm 的管道焊接时可不开坡口，但焊接时两管之间应留有1～2 mm的间隙。当管壁厚度大于等于4㎜时，焊接前应将管端加工成坡口，以避免焊缝不实，出现焊不透现象。常采用V形坡口，坡口角度60°～70°用角向打磨机将坡口磨光，并用锉刀锉出适当的钝边，钝边一般为0.5～1㎜。
2.3对口与焊接
对口时应多转几次管子，使错口的偏差值不大于管壁厚度的10%，且不大于1㎜并保证对口间隙均匀。管壁厚度4～5㎜，对口间隙取2㎜；管壁厚度6～10㎜，对口间隙取2～3㎜；管壁厚度大于10㎜，对口间隙取3～4㎜。管子对好口后，要先用点焊固定，点焊不少于三处，定位焊缝长10～15㎜，高度为2～4㎜且不超过管壁厚度的三分之二。点焊后经检查调直无偏差时再进行正式焊接。管子在焊接时应垫牢，凡是可以转动的管子都应采用转动焊接，以减少固定焊接中的仰焊，这样可以提高焊接速度和保证焊接质量。对于壁厚小于6㎜的管道，可用底层和加强层两层焊接；管壁厚度6㎜以上时应用增加中间层的三层焊接。多层焊缝的焊接起点应相互错开30～40㎜，每层焊缝厚度不超过3～4㎜，两相邻管道的焊缝间距应大于管径，且不得小于200㎜。焊缝距弯管起弯点不应小于管子外径，且不得小于100㎜。焊接完毕应自然冷却，不得用水骤冷。
在施工现场，不带垫圈的V型坡口对接焊比较普遍。焊法有两种：一种是分两半焊接，另一种是顺着管子圆周焊接。其中两半焊接法应用广泛，它是沿垂直中心线将管子截面分成相等的两半，各进行仰、立、平、三种位置的焊接，在仰焊及平焊处形成两个接头，此法能保证铁水和熔渣很好地分离，透度比较容易控制。仰焊接头时，由于起焊处容易产生气孔、未焊透等缺陷，故接头时应把起焊处的原焊缝用电弧割去一部分（约10㎜长），这样既割除了可能有缺陷的焊缝，而且形成缓坡形割槽，也便于接头。平焊接头时先修理接头处，使成一缓坡形；选用适中的电流值，当运条至立平焊位置时，焊条前倾，保持顶弧焊，并稍作横向摆动；当距接头处尚有3～5㎜间隙，即将封闭时，绝不可灭弧。接头封闭的时候，需把焊条向里稍微压一下，此时，可听到电弧打穿根部而产生的“啪喇”声，并且在接头处来回摆动以延长停留时间，从而保证充分的熔合。熄弧之前，必须填满熔池，而后将电弧引致坡口一侧熄灭。管道焊接完成后，要进行检查。焊缝表面应平整，宽度、高度均匀一致，并有完整的加强面。焊缝高度不得大于该管道壁厚的30%，且小于或等于5㎜；焊缝宽度应焊出坡口边缘2～3㎜。焊缝所在处不得开孔或安装分支连接管，焊缝及热影响区表面应无气孔、夹渣、未熔合、未焊透、弧坑、裂纹、咬边等缺陷。
3、 常见缺陷及防止措施
表面气孔 ：表面气孔指焊接熔池中的气体在熔池冷却过程中未能充分逸出，而残留在焊缝金属中形成孔穴。产生原因是熔化金属冷却太快，焊条药皮太薄或受潮，电弧长度不当。
防止措施：使用抗气体强的酸性焊条，焊接前仔细清除焊件焊缝两侧的油污、铁锈、氧化皮，焊条不能受潮，焊接速度电流要适中，尽量采用短弧焊接。
夹渣：夹渣是指残留在焊缝中的非金属夹杂物。主要原因焊接电流过小，焊接速度过快，使熔池凝固过快，夹渣物来不及浮出。运条不正确使铁水与熔渣混合阻碍熔渣上浮，多层焊焊时清渣不干净，焊件坡口角度过小。
防止措施：清理母材坡口及其附近表面的脏物、氧化渣，彻底清理前一焊道的熔渣，防止其它夹渣混入。选择中等的焊接电流，使熔池达到一定温度，防止焊缝金属冷却过快，以使熔渣充分浮出。始终保持熔池清晰可见，促进熔渣与铁水有良好的分离，采用工艺性能良好的焊条。
未熔合：未熔合指焊缝与母材之间未完全熔合在一起，或焊层间未熔合在一起。产生的原因是焊接电流过小，焊接速度过快，电弧过长，熔池偏于一侧，或由于底层锈迹，熔渣未清除干净等原因造成的。
防止措施：采用较大的焊接电流,正确地进行施焊操作, 注意坡口两侧及焊层间熔渣和污物的清理，注意运条时焊条角度的调整，使熔合均匀且熔透。
未焊透：未焊透指焊接时接头根部未完全熔透的现象。产生原因是坡口形式不正确，坡口角度或对口间隙过小，钝边过大，焊接电流过小，焊条摆动过快，焊缝表面有污迹等。
防止措施：选择合适的坡口形式，控制接头坡口尺寸，彻底清理焊根，选择适当的焊接电流和焊接速度。管道对接接头组对间隙，一般应与焊条直径相等。
弧坑：弧坑是指焊缝收尾处产生的低于基本金属表面的凹坑。主要原因是电流过小，焊条摆动过快，焊条填入量过少。
防止措施：收弧时，电弧不要突然熄灭，焊条在熔池处短时间停留，有足够的熔化金属填满熔池。
表面裂纹：产生的原因是焊条的化学成分与母材金属成分不符或由于热应力集中，冷却过快，焊缝有硫、磷等杂质。
防止措施：控制焊缝中的碳、硫、磷的含量，焊前对焊件整体或局部进行预热，焊后缓冷，减小焊接结构的刚性，控制焊缝成形。
咬边：咬边是指沿着焊池的母材位置产生的沟槽或凹陷。产生的原因是由于工件被熔化去一定深度，填充金属未能及时填充造成的。当电流过大，电弧拉得过长，焊条角度不当都容易产生咬边。尤其是平角焊、立焊、仰焊、横焊时咬边是一种常见缺陷。咬边深度应小于0.5㎜，且每道焊缝的咬边长度不得大于该焊缝总长的10%。
防止措施：电流和焊速要适当，电弧不要太长，焊条角度和运条方法要正确。
延迟裂纹：延迟裂纹是由于塑性储备、应力状态以及焊缝金属中氢含量等综合作用而产生的焊接裂纹。
防止措施：焊前烘干焊条，减少氢的来源，采用低氢型焊条，焊前预热，降低焊接接头的冷却速度，焊接后立即对焊件进行加热或保温，使氢逸出，适当提高焊接电流，减慢焊接速度，防止形成脆硬组织，采用合理的焊接顺序，尽量减少焊接应力。
4、超声波探伤技术的应用。
超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查缺陷的一种方法。超声波探伤以其探伤距离大、探伤装置体积小、重量轻、便于携带、检测速度快、检测费用低等优势，得到越来越多的应用。管道环焊缝从不同侧面探测时，如果只有一侧有回波，或者从不同侧面探测得到的回波幅度相差很大，这样的回波基本上是干扰波而不是伤波。反之，从两侧探测得到的回波都比较大，二者相差不大，基本上是伤波。管道焊口经无损检验不合格时，应该对该焊工焊接的焊口在原规定检验比例基础上加倍抽检，其中不合格部位必须返修，返修后仍按原规定方法进行探伤，仍有不合格时，应取消该焊工的焊接资格，对取消焊接资格的焊工所焊的全部焊缝应进行无损探伤检验。对于冷裂敏感的材料如低合金高强钢，焊后24小时以后才能进行无损检测，原因是低合金高强钢容易产生延迟裂纹，延迟裂纹是冷裂纹的一种，它不是在焊接过程中产生的，而是在焊后延续一段时间产生的，有的几小时，几天，或更长时间才出现。
5、结束语：
實践证明直埋敷设供热管网有很多的优点，具有显著的社会效益、经济效益、节能效益。控制好管道焊接质量是直埋敷设管道质量控制的关键。超声波无损探伤技术的应用，为保障管道安全运行起到了重要的作用。
参考文献
[1]城镇直埋供热管道工程技术规范
[2]城镇供热管网工程施工及验收规范
[3]钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级GB/T11345-89
作者简介 : 宫殿有（男）,助理工程师,主要从事供热管道施工管理工作。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。