1、HFW鋼管焊接質(zhì)量的影響因素分析及應(yīng)對(duì)措施,作者：李景學(xué) 單位：華油鋼管公司大港分公司,本文指出了影響HFW鋼管焊縫質(zhì)量的主要因素：原材料、成型工藝、高頻焊接工藝和熱處理工藝，通過對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，指出如何在原料采購及工藝制訂方面進(jìn)行優(yōu)化以便保證焊縫的質(zhì)量。 This article state the main influence actor of HFW pipe seam quality : material、forming technology、high frequency welding technology and heat treatment technology .Thro

2、ugh analysis of related test result ，author point out how to purchase the better material and perfect technology to ensure the seam quality.,摘要 Abstract,關(guān)鍵詞 Key words,HFW，鋼管，焊縫，焊接，化學(xué)成分，成型，熱處理 HFW, pipe , weld seam, chemical composite, forming, heat treatment,ERW鋼管是利用電流的集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)將管坯邊緣迅速加熱到焊接溫度進(jìn)行擠壓、焊接

3、而成。近年來，隨著ERW焊管技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，在石油管、汽車管、鍋爐管等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。ERW管與無縫管相比，很明顯的就是ERW管有一條焊縫，ERW鋼管的性能在很大程度上取決于焊縫的質(zhì)量，保證焊縫質(zhì)量就成為ERW焊管工藝的最關(guān)鍵的問題。 根據(jù)筆者的學(xué)習(xí)總結(jié)和經(jīng)驗(yàn)積累，影響焊縫質(zhì)量的因素是非常復(fù)雜，但主要包括以下四個(gè)方面： 1）原材料 2）成型工藝 3）高頻焊接工藝 4）熱處理工藝 在焊管生產(chǎn)中，只有全面防止所有可能影響焊接質(zhì)量的因素，才能得到高質(zhì)量的焊縫，以下對(duì)上述四個(gè)方面進(jìn)行探討并提出解決的建議，希望對(duì)相關(guān)技術(shù)人員有所參考。,前言,1.原材料 原材料是影響焊縫質(zhì)量的首要因

4、素，原材料的化學(xué)成份、偏析、夾雜、帶狀組織、鐮刀彎、板邊毛刺均能影響焊縫質(zhì)量。 1）化學(xué)成分 低C、低S、P的原材料對(duì)焊縫質(zhì)量有利，日本新日鐵公司認(rèn)為S含量應(yīng)控制在0.002%以下，國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)為S含量控制在0.01%以下，P含量控制在0.02%足以滿足一般的焊接要求。根據(jù)使用條件的不同原料的質(zhì)量水平也要求相應(yīng)的變化，如為防止應(yīng)力腐蝕破壞,某些管線鋼要求S含量低于0.002%，P低于0.02%，C不大于0.1%, Mn不大于1.50%,同時(shí)進(jìn)行Ca化處理,通過微合金化與控軋、控冷使晶粒細(xì)化,限制帶狀組織。 圖1 顯示了 S含量對(duì)焊縫質(zhì)量的影響。,圖1 S 含量對(duì)焊縫質(zhì)量的影響（1）,應(yīng)根據(jù)使用條

5、件的不同，對(duì)原材料的S、P含量提出適當(dāng)?shù)囊蟆?除了控制S、P含量，原材料中Mn/Si比例也頗為重要，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)Mn/Si應(yīng)5，這樣可以使焊接時(shí)氧化物易于排出，否則易于形成灰斑缺陷。參見圖2 Mn/Si比例與夾雜物裂紋指數(shù)的關(guān)系（1）。,石油套管和管線管對(duì)于碳含量的要求是不同的 對(duì)石油套管，碳含量應(yīng)控制在0.16%以上，對(duì)管線管碳含量應(yīng)在0.16%以下，這是因?yàn)檫@兩種鋼管后續(xù)加工方式的不同，對(duì)于石油套管來講，除了保證焊接性能，還要兼顧后續(xù)的車絲加工，上卸扣試驗(yàn)，適當(dāng)增加碳含量，由于鋼材的抗拉強(qiáng)度對(duì)碳含量更敏感，通過提高碳含量的方式可以更大幅度提高抗拉強(qiáng)度，而屈服強(qiáng)度增加有限，這樣材料的屈強(qiáng)

6、比就會(huì)降低，有利于減輕車絲粘刀，減輕上卸扣時(shí)的粘扣現(xiàn)象。而管線管用低碳含量的原料更有利于提高鋼管的沖擊韌性，提高焊縫的質(zhì)量。 因此應(yīng)因此根據(jù)鋼管的用途不同，在采購板卷原料時(shí)對(duì)化學(xué)成分的要求進(jìn)行調(diào)整，是保證焊管質(zhì)量的首要條件。,2）夾雜物和帶狀組織,如果夾雜或帶狀組織處于焊縫部位，將造成疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等關(guān)鍵指標(biāo)大幅下降，帶狀組織對(duì)焊縫沖擊韌性、壓扁性能有很大的影響。 夾雜物過量容易在焊縫熱影響區(qū)富集，從而在焊縫區(qū)產(chǎn)生脆性相，形成裂紋源引起開裂。如圖3、圖4,圖3 由過量夾雜物引起的熱影響區(qū)壓扁開裂,圖4 原材料存在的氧化鋁夾雜物（放大倍數(shù)100 x）,帶狀組織同樣嚴(yán)重影響鋼帶的質(zhì)量，帶狀組織

7、是指沿鋼材軋制方向形成的，以先共晶鐵素體為主的帶與以珠光體為主的帶彼此堆疊而成的組織形態(tài)，而經(jīng)過高速熱軋和低速冷卻過程的鋼中都會(huì)產(chǎn)生由鐵素體和珠光體組成的帶狀組織。對(duì)直徑244.5鋼級(jí)J55的套管進(jìn)行的90壓扁試驗(yàn)可以說明帶狀組織對(duì)焊縫質(zhì)量的影響是明顯的。,圖5熱軋帶鋼中的2級(jí)帶狀組織500 x,帶狀組織對(duì)壓扁試驗(yàn)的影響,目前的熱軋帶卷都采用控制軋制工藝，正常組織為鐵素體（F)+珠光體(P)，鐵素體晶粒沿軋制方向被拉長(zhǎng)，被拉長(zhǎng)的鐵素體晶界分布著細(xì)長(zhǎng)的碳偏析帶（其中可能存在Mn，P,S等偏析）珠光體組織，偏析帶上Mn，P,S含量是平均碳含量的37倍。這會(huì)增加氫致裂紋開裂的傾向（3），通過試驗(yàn)表明

8、，帶狀組織在2級(jí)以下可以很好的防止裂紋的產(chǎn)生，2.5級(jí)至3級(jí)則壓扁性能會(huì)明顯下降。,3）鐮刀彎和板邊毛刺嚴(yán)重時(shí)將造成焊接時(shí)板邊不能實(shí)現(xiàn)I型或輕微的正V型對(duì)接，造成錯(cuò)邊、引弧、焊縫偏、夾雜物難以排出等現(xiàn)象從而降低焊縫質(zhì)量。,2.成型工藝 成型工藝關(guān)鍵是保證焊接時(shí)成I形或小的V形對(duì)接，避免V形太大或倒V形對(duì)接（如圖6所示）。I形對(duì)接是焊接時(shí)的理想形態(tài)，此時(shí)鋼管內(nèi)外壁同時(shí)接觸，加熱溫度均勻，V形對(duì)接鋼管內(nèi)壁先接觸，使得鋼管內(nèi)壁先接觸，內(nèi)壁溫度高于外壁溫度，V形太大，造成內(nèi)外壁溫度差過大，造成焊接缺陷。倒V形對(duì)接由于鋼管外壁先接觸，將造成熔渣不能順利排出，從而在焊縫出現(xiàn)過多夾渣。,圖6. 三種對(duì)接形狀

9、,3.高頻焊接工藝 焊接溫度、焊接速度、擠壓量、開口角直接影響焊縫質(zhì)量。 1）焊接溫度 焊接溫度應(yīng)控制在13001400，實(shí)際操作時(shí)，溫度難以測(cè)量，要根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果確定工藝，在生產(chǎn)過程中，操作者觀察火焰顏色和毛刺形狀來判斷生產(chǎn)過程是否存在異常，焊縫在剛出擠壓輥時(shí)焊縫處應(yīng)是桔紅色的，如顏色紅白，則溫度過高，如顏色暗紅，則溫度過低。出擠壓輥后鋼管外毛刺應(yīng)呈細(xì)直線狀，頂部圓滑，線上略帶間斷的突出點(diǎn)。溫度過高，毛刺沒有凸起狀，焊縫扁平，兩邊出現(xiàn)鋸齒狀。溫度過低，外毛刺頂部不圓滑，毛刺線上沒有間斷的凸起狀。 2）焊接速度 較快的焊接速度允許輸入熱量有較寬的波動(dòng)范圍，熱影響區(qū)寬度和融合線寬度比較理

10、想，焊縫質(zhì)量容易保證，如圖7所示。,圖7焊接速度與輸入熱量的關(guān)系圖(3),因此，在輸出功率允許，擠壓力合適，前后設(shè)備的能力能達(dá)到的前提下，應(yīng)采取較高的焊接速度，一般焊接速度應(yīng)不低于16m/min。,3）擠壓量 擠壓輥的擠壓力對(duì)焊縫質(zhì)量有重要的影響，一般掌握在100-300MPa，實(shí)際生產(chǎn)中，用擠壓量來代替擠壓力，焊接輸入熱量不變時(shí)，熱影響區(qū)寬度和融合線寬度隨擠壓量增加而減小。同時(shí)，擠壓量較小時(shí)允許輸入熱量的范圍較小,擠壓量增大時(shí)，允許輸入熱量的范圍也較大。如圖8所示，擠壓量在2mm以下時(shí)允許輸入熱量很窄，擠壓量在4.0mm時(shí)允許輸入熱量范圍較寬，擠壓量超過5.0mm時(shí)，允許輸入熱量范圍無明顯增

11、加。因此，在一般情況下，擠壓量應(yīng)參考壁厚，控制在5.0mm左右較好。對(duì)于厚壁管如10mm以上的鋼管，可以適當(dāng)增加0.51mm的擠壓量。,圖8 擠壓量與焊接輸入熱量的關(guān)系,4)開口角 隨著管徑的大小和厚度的變化，開口角應(yīng)適當(dāng)調(diào)整，其范圍是35。一般來說，開口角偏小，電流可能增大，可提高焊速 ，但使匯合點(diǎn)到擠壓輥中心的距離拉長(zhǎng) ，焊接點(diǎn)不穩(wěn)定，容易造成提前打火，焊接質(zhì)量差。開口角偏大，焊接質(zhì)量好，但用電量較大。 5）高頻焊接的穩(wěn)定性 高頻焊接的狀態(tài)能夠保持穩(wěn)定是焊縫質(zhì)量穩(wěn)定的關(guān)鍵，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于高頻線圈安裝不當(dāng)，乳化液中雜質(zhì)過多、板邊存在毛刺均會(huì)造成高頻焊接時(shí)瞬間短路打火，從而造成焊縫出現(xiàn)

12、局部冷焊，冷焊的距離一般只有1015mm，操作者很難發(fā)現(xiàn)。圖9為高頻打火造成的15mm長(zhǎng)的局部冷焊壓扁后的形貌。,圖9 由于高頻打火造成的冷焊,要防止這種缺陷，首先應(yīng)經(jīng)常檢查高頻線圈的安裝是否可靠，冷卻液是否過濾干凈，焊接開口角是否妥當(dāng)，板卷的板邊毛刺是否去掉，其次要加強(qiáng)水壓和超聲的檢查，嚴(yán)格把關(guān)以避免不合格的鋼管出廠。,4.熱處理工藝 熱處理一般采用在線中頻焊縫熱處理，據(jù)國(guó)外有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，加熱溫度在Ac3線之上50100，可望得到細(xì)晶粒的鐵素體+珠光體組織，改善韌性，根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況以及我們的使用試驗(yàn)：如果采用兩臺(tái)加熱機(jī)，第一臺(tái)加熱溫度應(yīng)達(dá)到或盡可能接近769，第二臺(tái)達(dá)到94020，如果采用三臺(tái)或四臺(tái)加熱機(jī)，第一臺(tái)溫度也應(yīng)達(dá)到或盡可能接近769，這是為了盡快使鋼管到達(dá)居里點(diǎn)之上，從而使進(jìn)一步加熱時(shí)能迅速透熱，第二臺(tái)加熱至82020，第三臺(tái)和第四臺(tái)使鋼管溫度保持在910950之間。 中頻加熱后的空冷段長(zhǎng)度對(duì)焊縫質(zhì)量的影響容易被忽視，應(yīng)控制焊縫空冷后入水溫度處于360400之間，入水溫度過高將造成焊縫沖擊韌性的急劇下降，入水過低，沖擊韌性也會(huì)有所下降。要根據(jù)生產(chǎn)線設(shè)備配置，綜合考慮生產(chǎn)線運(yùn)行速度來確定空冷段長(zhǎng)度。,結(jié)束語：HFW鋼管焊縫的質(zhì)量是多重因素綜合作用的結(jié)果，只有將影響焊縫質(zhì)量的各種因