螺旋缝埋弧焊钢管内焊缝结晶裂纹分析.pdf

010年2月第一期
沙
螺旋鏠埋弧焊钢管内焊鏠结晶裂纹分析
张淮王成飞2
(1.浙江金洲管道工业有服公司
2.杭州钢铁集团小型轧钢股份有限公司杭州310012)
摘要:焊缝裂纹是焊接过程中的重大缺陷,有效控制焊缝裂纹的产生对于产品质量至关重要。分析了螺
旋鏠埋孤焊钢管内焊缝结晶裂纹的产生过程以及消除措施,通过实践证明结晶裂纹是由钢管成形
不稳定引起的。
关键词:埋孤焊管;焊鏠;结晶裂纹
0前
外焊缝
螺旋缝埋弧焊钢管是以热轧钢带卷作管坯,经
母材
过常温螺旋成型,用双面埋弧焊法焊接而成的钢
管。该钢管的特性:…-是承压能力强,焊接性能好,
经过各种严格的科学检验和测试,使用安全可靠;
く内焊
是钢管∏径大,输送效率高,可节约铺设管线的
图1裂纹出现的位置(图中三条小斜线)
投资,主要用于输送石油、天然气管线。我厂从
1)缺陷发生的位置固定:都位于内焊缝上,且
2008年4月开始,为中国石油技术开发公同生产中位于中心线附近靠近外焊缝区域。
亚天然气输送管线用Ⅹ70螺旋缝埋弧焊钢管,规格
2)缺陷走向:焊缝的横断面上裂纹都沿热传递
尺寸为1067*15.9*12000m,按照美国石油协会方向扩展,且端部圆滑无延伸;焊缝的纵向也是裂
标准 API SPEC5L(第43版)组织生产。为保证产品纹延伸的方向。
质量,运用超声波探伤仪检测焊缝,在内焊缝上曾
3)通过金相对比发现:缺陷的中心区域为灰暗
发现了一些疑似裂纹的缺陷,缺陷沿钢管的纵向长色,说明是空的;而缺陷的边缘为亮白色,说明带有
度大约有10~20cm。
些许夹杂(见图2~图4)。
1结晶裂纹形成机理
结合以上分析,推断此缺陷就是结晶裂纹。
影响因素
结晶裂纹是生产中常见的热裂纹之一,是在焊
缝凝固过程的后期形成的。一般来说端部圆钝,并
1)从影响程度上来说,成形所带来的应力影响
不平直扩展,此可作为评判结晶裂纹的依据之一。最大。由于老工人离职比较多,新工人对成形辊角
结晶裂纹沿一次结品晶界分布,特别是沿柱状晶界度的控制不到位,导致成形的角度控制不好;经过
分布。当内焊缝焊接时,焊缝金属处于液态,随着长时间的生产导致设备性能的不稳定,同时某些部
凝固的进行焊缝温度逐步降低,焊缝金属开始一次件磨损严重。另外原料板卷的弯曲度过大也增加
柱状结晶。与此同时,焊缝金属受到成形带来的拉了成形的难度。
应力以及凝固形成的收缩力,当柱状晶晶界的结合
2)杂质元素也是影响裂纹产生的因素之
力小于此拉应力和收缩力时,柱状晶晶界断裂,导当焊缝金属在一次结晶时,先结晶的组织总是比较
致结晶裂纹的产生。由于后期结晶的柱状晶晶界纯净,而后结晶的柱状晶晶界会聚集杂质元素(如
处存在着大量的杂质元素,导致柱状晶晶界的结合S、P、Si、0等),而晶界杂质元素的增多,会使晶界胞
力减小。由于柱状晶沿热传递方向最易生长,因此性增大,也会对裂纹的产生构成影响。这些杂质元
结晶裂纹也是沿着此方向扩展。
素的来源就是母材和焊剂焊丝。
2金相分析
3)焊缝形状的影响:深而窄的焊缝,一方面由
于母材熔入后,稀释率高,降低了焊缝金属的精练
现场取样通过明暗场金相分析,发现这些缺陷程度,增加了污染;另一方面,当液相金属从两相对
都有以下特征(参见图1)。
应的坡口而结晶生长,柱状晶体交遇于中心部位
2010年2月第一期
时,低熔成分被堆聚于该处,形成所谓的“脆弱面”,裂纹就容易在焊缝的中心部位出现。
(50X)
b (50X)
图2内焊缝结晶裂纹的全貌金相图片
a.明场(200X
b.暗场(200X)
图3图2(a)中裂纹的明暗场金相对比图
a.明场(200X
b.暗场(200X
图4图2(b)中裂纹的明暗场金相对比图
4措施
电流,使焊缝变成宽而浅的形状。
釆取这些措施后,钢管的成形工艺更加规范,
针对以上裂纹成因分析,分別采取以下措施:焊缝的质量得到了提高,类似结晶裂纹缺陷得到消
1)对员工进行操作培训,严格管理,使其严格除。
按照生产工艺进行生产操作。对生产用的主焊机
参考文献
及其相关部件进行了拆装维修,对磨损严重的部件
「I]第一机械工业部哈尔滨焊接研究所编著.焊接裂缝金相
进行了更换;对成形辊和一些传送装置进行了加固
分析图谱.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社
和校准,从而使设备调整到最佳状态,使成形更容
[2]顾红清,阳代军等编著.管道焊接技术.北京:化学工业
出版社
易达到标准要求。
}吴敢生主编,埋孤自动焊.沈旧:辽宁科学技术出版社
2)严格控制母材、焊剂焊丝中的杂质元素的含[4]治全工业出版社编委会,焊接件加工处理エ艺与质量检
量,使S、P等有害元素的含量尽可能降低。采用优
测、失效分析技术及金相图语实用手册.北京:冶金工业
质的原材料板卷和焊剂焊丝,焊剂在使用前必须经
出版社
过严格的筛除杂质和保温烘干处理。
3)通过改变板卷铣边机的角度,使焊缝的“X
收稿日期:2009-04-27
型坡口更合理。同时优化焊接工艺,在保证内外焊
审稿:马玲利
缝有足够重合量的前提下,通过调节焊接时的电压
编辑:魏海青