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不銹鋼行情
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預精焊螺旋縫焊管管端缺陷的分析與解決

來源:至德鋼業 日期:2020-08-11 22:46:32 人氣:454

簡述了螺旋縫焊管預精焊工藝流程,通過對鋼管管端缺陷的統計分析,對最嚴重的管端缺陷—一管端氣孔進行定性分析,總結出提高預精焊螺旋縫焊管管端質量的措施。實踐證明:通過保證管端預焊焊縫外觀質量、修磨引熄弧板對接處焊縫、清除雜質等措施,使管端氣孔得到明顯改善,提高了預精焊螺旋縫焊管管端質量。

預精焊工藝技術(也稱“兩步法”)是目前世界上螺旋縫埋弧焊管最先進的制管工藝技術,該技術有效解決了成型與焊接之間的相互干擾問題,充分發揮了成型和焊接的各自優勢,實現了高速成型和低速焊接的有機結合,極大地提高了生產線的產量和產品質量,有效降低了生產成本。山東勝利鋼管有限公司預精焊分廠自2011年建成投產以來,已多次進行螺旋縫焊管預精焊生產,但在生產過程中發現,焊管管端缺陷較為嚴重,對焊管一次合格率及焊管質量影響很大,而且造成不必要的材料損耗。本文對預精焊螺旋縫焊管管端缺陷進行統計分析,提出提高預精焊螺旋縫焊管管端質量的一些措施。

1預精焊工藝流程

預精焊生產的工藝流程:原材料進廠檢驗→投料檢驗→拆卷、對頭焊→板材超聲波自動探傷→銑邊→焊管成型→成型檢驗→預焊一切管→內清掃→預焊縫檢查與修補→焊接引熄弧板→精焊焊接。

2鋼管管端缺陷統計

在預精焊生產1016.0mm×15.9mm、813.0mm×12.5mm、813.0mmx14.2mm焊管過程中,通過整理X射線檢驗數據,統計一段時間內焊管出現管端缺陷的根數,并計算其占不合格焊管總根數的比例,結果見表1。

從表1可以看出:焊管管端缺陷嚴重影響了焊管質量及其合格率,管端缺陷主要包括燒穿、氣孔、未焊透、夾渣、焊偏等;在3種規格出現管端缺陷的焊管中,管端氣孔所占比例分別為56.7%、59.0%、62.5%,與其他管端缺陷相比,管端氣孔是最嚴重的管端缺陷。因此,解決管端氣孔問題是提高預精焊螺旋縫焊管管端質量的關鍵。

3管端氣孔定性分析

3.1焊接氣孔的類型及來源

焊接氣孔按其存在位置分為內部氣孔和表面氣孔問,按形成氣體的成分分為H氣孔、N氣孔、CO氣孔。H氣孔大多數出現在焊縫表面,個別情況下出現在焊縫內部,氣孔斷面呈螺旋狀,內壁光滑,在焊縫表面呈喇叭狀開口;N氣孔多在焊縫表面,多數情況下成堆出現;CO氣孔通常出現在焊縫的根部或近表面的部位,且多呈針尖狀。焊接氣孔的來源有:①高溫時某些氣體溶解于熔池金屬中,當凝固和相變時,氣體的溶解度降低而來不及逸出,殘留在焊縫內部的氣體,如H2N2;②由于冶金反應產生的不溶于金屬的氣體,如CoH2O。

3.2管端氣孔分析

預精焊生產過程中,預焊常見的氣孔是N氣孔和H氣孔。預焊采用的是CO2氣體保護焊,一旦保護氣層遭到破壞,大量空氣進入焊接區,在電弧高溫下,熔池金屬對N有很大的溶解度。但當熔池溫度下降時,N在熔池金屬中的溶解度迅速減小,就會析出大量N,若未能逸出熔池,便生成N氣孔,如圖1所示。

氫來源于工件、焊絲表面的油污及鐵銹,以及Co2氣體中所含的水分。油污為碳氫化合物,鐵銹是含結晶水的氧化鐵。它們在電弧的高溫下都能分解出H2。H2在電弧中會被進一步電離,然后以離子形態很容易溶入熔池。熔池結晶時,由于H的溶解度陡然下降,析出的H2若不能逸出熔池,則在焊縫金屬中形成圓球形的氣孔。精焊采用的是埋弧焊,焊劑經過烘干處理,鋼板在焊前都要求銑邊開坡口,因此鋼板上的鐵銹(含結晶水)對其影響很小。

在焊接過程中,當焊絲金屬中含脫氧元素不足時,就會有較多的C溶于熔池金屬中,熔池中的CFeO反應生成CO,當熔池金屬凝固過快時,生成的CO來不及逸出,從而形成CO氣孔。發生的冶金反應如下:

[C]+[o]=CO

[FeO]+[C]=CO+Fe

[MnO]+[C]=CO+Mn

[SiO2]+2[C]=2CO+Si

精焊管端氣孔產生于焊縫內部,探傷拍片可以看出氣孔是單個出現;根據氣孔的形態、位置及產生的條件分析可知,精焊管端氣孔是CO氣孔。

3.3管端氣孔產生的原因

影響CO氣孔產生的兩個主要因素是:焊絲中脫氧元素Si、Mn含量和鋼板表面的氧化鐵(主要是FesO4,還有少量的Fe2O)。經過檢驗,焊絲中Si、Mn含量均在規定范圍之內,而且在生產過程中,只有管端出現CO氣孔;因此,焊絲中脫氧元素Si、Mn含量并不是主要影響因素。

根據預精焊生產流程,精焊前工序為內清掃,預焊縫檢查與修補,焊接引熄弧板。通過跟蹤以上流程,發現如下問題:①預焊產生的表面氣孔、燒穿等缺陷未及時進行修磨和修補,如圖2所示;②鋼管端部內焊縫與熄弧板連接處堆積大量氧化鐵鐵末,如圖3所示;③鋼管管端與引熄弧板連接處,氧化鐵鐵皮未處理干凈,如圖3所示。

由于鋼管內焊縫堆積大量的氧化鐵末,在焊接時主要是熔池中的FeOC發生上述的還原反應,該反應在熔池處于結晶溫度時,進行得比較劇烈,由于這時熔池已開始凝固,CO不易逸出,于是在焊縫中形成CO氣孔。

4管端氣孔的解決措施

根據對管端CO氣孔產生原因的分析,結合預精焊的生產工藝流程,提出以下解決措施:

①保證鋼管管端預焊焊縫外觀質量,修磨或修補斷弧、燒穿、表面氣孔、焊瘤等缺陷;②清除引熄弧板端面上的氧化鐵等雜物和污物;③清除管端預焊縫坡口、母材表面和鋼管端面上的飛濺物、氧化鐵皮、鐵屑及灰塵等雜質;④引熄弧板焊接完成后,修磨引熄弧板對接處內外焊縫,使其與鋼管焊縫過渡均勻圓滑,并清除對接時產生的飛濺物、氧化鐵皮、鐵屑及灰塵等雜質;⑤鋼管內表面經風機除塵后,清除管端與引熄弧板對接形成的凹槽處積攢的鐵屑、灰塵等雜質。

采取以上工藝措施后,在預精焊機組生產813.0mm×12.5mm焊管過程中,統計了一段時間內焊管管端出現各缺陷的支數,發現出現燒穿10支、氣孔22支、未焊透48支、夾渣18支、焊偏22支,共120支。由此可見:管端氣孔所占比例為18.3%;與采取預防措施前相比,管端氣孔問題得到了明顯改善。

5結語

焊管管端缺陷直接影響焊管一次合格率及焊管的整體質量,通過采取以上的工藝措施,使焊管的管端氣孔得到了有效的解決,從而提高了螺旋縫焊管的整體質量,為生產的順利進行提供了保障。

本文標簽:焊管 

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