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预精焊螺旋缝焊管管端缺陷的分析与解决

来源:至德钢业 日期:2020-08-11 22:46:32 人气:95

简述了螺旋缝焊管预精焊工艺流程,通过对钢管管端缺陷的统计分析,对最严重的管端缺陷—一管端气孔进行定性分析,总结出提高预精焊螺旋缝焊管管端质量的措施。实践证明:通过保证管端预焊焊缝外观质量、修磨引熄弧板对接处焊缝、清除杂质等措施,使管端气孔得到明显改善,提高了预精焊螺旋缝焊管管端质量。

预精焊工艺技术(也称“两步法”)是目前世界上螺旋缝埋弧焊管最先进的制管工艺技术,该技术有效解决了成型与焊接之间的相互干扰问题,充分发挥了成型和焊接的各自优势,实现了高速成型和低速焊接的有机结合,极大地提高了生产线的产量和产品质量,有效降低了生产成本。山东胜利钢管有限公司预精焊分厂自2011年建成投产以来,已多次进行螺旋缝焊管预精焊生产,但在生产过程中发现,焊管管端缺陷较为严重,对焊管一次合格率及焊管质量影响很大,而且造成不必要的材料损耗。本文对预精焊螺旋缝焊管管端缺陷进行统计分析,提出提高预精焊螺旋缝焊管管端质量的一些措施。

1预精焊工艺流程

预精焊生产的工艺流程:原材料进厂检验→投料检验→拆卷、对头焊→板材超声波自动探伤→铣边→焊管成型→成型检验→预焊一切管→内清扫→预焊缝检查与修补→焊接引熄弧板→精焊焊接。

2钢管管端缺陷统计

在预精焊生产1016.0mm×15.9mm813.0mm×12.5mm813.0mmx14.2mm焊管过程中,通过整理X射线检验数据,统计一段时间内焊管出现管端缺陷的根数,并计算其占不合格焊管总根数的比例,结果见表1

从表1可以看出:焊管管端缺陷严重影响了焊管质量及其合格率,管端缺陷主要包括烧穿、气孔、未焊透、夹渣、焊偏等;在3种规格出现管端缺陷的焊管中,管端气孔所占比例分别为56.7%59.0%62.5%,与其他管端缺陷相比,管端气孔是最严重的管端缺陷。因此,解决管端气孔问题是提高预精焊螺旋缝焊管管端质量的关键。

3管端气孔定性分析

3.1焊接气孔的类型及来源

焊接气孔按其存在位置分为内部气孔和表面气孔问,按形成气体的成分分为H气孔、N气孔、CO气孔。H气孔大多数出现在焊缝表面,个别情况下出现在焊缝内部,气孔断面呈螺旋状,内壁光滑,在焊缝表面呈喇叭状开口;N气孔多在焊缝表面,多数情况下成堆出现;CO气孔通常出现在焊缝的根部或近表面的部位,且多呈针尖状。焊接气孔的来源有:①高温时某些气体溶解于熔池金属中,当凝固和相变时,气体的溶解度降低而来不及逸出,残留在焊缝内部的气体,如H2N2;②由于冶金反应产生的不溶于金属的气体,如CoH2O

3.2管端气孔分析

预精焊生产过程中,预焊常见的气孔是N气孔和H气孔。预焊采用的是CO2气体保护焊,一旦保护气层遭到破坏,大量空气进入焊接区,在电弧高温下,熔池金属对N有很大的溶解度。但当熔池温度下降时,N在熔池金属中的溶解度迅速减小,就会析出大量N,若未能逸出熔池,便生成N气孔,如图1所示。

氢来源于工件、焊丝表面的油污及铁锈,以及Co2气体中所含的水分。油污为碳氢化合物,铁锈是含结晶水的氧化铁。它们在电弧的高温下都能分解出H2H2在电弧中会被进一步电离,然后以离子形态很容易溶入熔池。熔池结晶时,由于H的溶解度陡然下降,析出的H2若不能逸出熔池,则在焊缝金属中形成圆球形的气孔。精焊采用的是埋弧焊,焊剂经过烘干处理,钢板在焊前都要求铣边开坡口,因此钢板上的铁锈(含结晶水)对其影响很小。

在焊接过程中,当焊丝金属中含脱氧元素不足时,就会有较多的C溶于熔池金属中,熔池中的CFeO反应生成CO,当熔池金属凝固过快时,生成的CO来不及逸出,从而形成CO气孔。发生的冶金反应如下:

[C]+[o]=CO

[FeO]+[C]=CO+Fe

[MnO]+[C]=CO+Mn

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

精焊管端气孔产生于焊缝内部,探伤拍片可以看出气孔是单个出现;根据气孔的形态、位置及产生的条件分析可知,精焊管端气孔是CO气孔。

3.3管端气孔产生的原因

影响CO气孔产生的两个主要因素是:焊丝中脱氧元素SiMn含量和钢板表面的氧化铁(主要是FesO4,还有少量的Fe2O)。经过检验,焊丝中SiMn含量均在规定范围之内,而且在生产过程中,只有管端出现CO气孔;因此,焊丝中脱氧元素SiMn含量并不是主要影响因素。

根据预精焊生产流程,精焊前工序为内清扫,预焊缝检查与修补,焊接引熄弧板。通过跟踪以上流程,发现如下问题:①预焊产生的表面气孔、烧穿等缺陷未及时进行修磨和修补,如图2所示;②钢管端部内焊缝与熄弧板连接处堆积大量氧化铁铁末,如图3所示;③钢管管端与引熄弧板连接处,氧化铁铁皮未处理干净,如图3所示。

由于钢管内焊缝堆积大量的氧化铁末,在焊接时主要是熔池中的FeOC发生上述的还原反应,该反应在熔池处于结晶温度时,进行得比较剧烈,由于这时熔池已开始凝固,CO不易逸出,于是在焊缝中形成CO气孔。

4管端气孔的解决措施

根据对管端CO气孔产生原因的分析,结合预精焊的生产工艺流程,提出以下解决措施:

①保证钢管管端预焊焊缝外观质量,修磨或修补断弧、烧穿、表面气孔、焊瘤等缺陷;②清除引熄弧板端面上的氧化铁等杂物和污物;③清除管端预焊缝坡口、母材表面和钢管端面上的飞溅物、氧化铁皮、铁屑及灰尘等杂质;④引熄弧板焊接完成后,修磨引熄弧板对接处内外焊缝,使其与钢管焊缝过渡均匀圆滑,并清除对接时产生的飞溅物、氧化铁皮、铁屑及灰尘等杂质;⑤钢管内表面经风机除尘后,清除管端与引熄弧板对接形成的凹槽处积攒的铁屑、灰尘等杂质。

采取以上工艺措施后,在预精焊机组生产813.0mm×12.5mm焊管过程中,统计了一段时间内焊管管端出现各缺陷的支数,发现出现烧穿10支、气孔22支、未焊透48支、夹渣18支、焊偏22支,共120支。由此可见:管端气孔所占比例为18.3%;与采取预防措施前相比,管端气孔问题得到了明显改善。

5结语

焊管管端缺陷直接影响焊管一次合格率及焊管的整体质量,通过采取以上的工艺措施,使焊管的管端气孔得到了有效的解决,从而提高了螺旋缝焊管的整体质量,为生产的顺利进行提供了保障。

本文标签:焊管 

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