高频直缝电焊钢管焊接质量的控制

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1、高频直缝电悍钢管悍接质量的控制摘 要 通过对高频玄缝电焊钢管生产过程中焊接缺陷的形成原因以及焊管在进行压 扁试验时出现裂纹的原因进行分析，结合高频直缝电焊钢管的生产工艺参数与焊接质量之间 关系所进行的试验，提出了对其生产工艺参数的控制方法,以提高焊管的焊接质量。-lA-X_a1 冃 iJ R高频直缝焊管是利用高频电流的趋肤效应和邻近效应，将成型好管坯的待焊边迅速地 加热到一定的温度，在挤压辘的作用下完成焊接的。由此可知，焊管的焊接质屋由输入热量、 焊接压力、开口角、管坯边缘形状、电极及阻抗器放置位置、水冷条件等因素所控制。而上 述这些因索乂受到牛产坏境和具它因索的影响而产牛波动，从而使得高频焊

2、管的焊接质量不 易控制。市场需要高质虽的焊管，而焊接质量是影响焊管质量好坏的决定性因索。由资料可知，高 频直缝焊管生产中出现的焊缝裂纹可分为九类，其中大部分通过水压试验或肉眼即可观察到, 对这些裂纹,其它资料己冇较详细的介绍，不在此作讨论。木文主要针对外表观察不到、但在 进行压扁试验时焊缝出现裂纹的这一类焊接质量缺陷进行研究，并结合临钢焊管牛产的实 际情况，提出了一些工艺的控制方法，以对实际牛产提供参考依据。2焊接缺陷的形成原因临钢焊管厂生产使用的原料主要为Q235A、Q235B等碳素结构钢热轧钢带，在60或114 成型定径机组上经成型、焊接为高频电焊钢管。进行压扁试验时，在焊缝上出现裂纹的地

3、方 主要有两处，分别为熔合线和距熔合线13mm的部位，前者只占不合格试样总数的10%,而后 者则占90%o对出现裂缝的试样,在进行酸蚀示观察其低倍组织，焊缝区的形貌人致可分 为如图1所示的儿种。下面就各种裂纹的形成原因作一探讨。3.0/0.20M M I E2 0/0.15L5/O.151.S/0.0530/0.2cF图1焊缝低倍组织形态示意图2.1在焊缝熔合线上出现裂缝在焊缝熔合线上出现的裂缝，大部分表现为通长的裂缝。这说明管坯两边缘的金属，相互之间 没冇充分的结合,在结合面上可能存在空气、夹杂、空隙等缺陷，即熔合线上的金属原子，其间 距超过了正常金属晶体间的距离，于是，在熔合线两侧受到张力

4、作用时,首先在熔合线上出现 裂缝，导致焊缝开裂。成这种现象的原因有：(1) 输入热量不足，造成焊速太低,焊管坯待焊边金属的加热温度过低，侧边的金属没有熔化,而 热影响区的宽度反而加大，造成待焊边被氧化了的金属,没冇被全部排出焊缝，使待焊边金属 的结合力降低，如图1(f)所示。(2) 在焊接过程中，待焊边金属的加热温度过高，开口角偏小，形成的金属过梁与挤压辗中心线 距离过远，即在过梁后熔化的金屈不再有电流通过，开始降温，氧化物回流，在挤压辘的挤压力 作用下，氧化物等不能被全部排出焊缝，形成回流夹杂,其焊缝区的形貌 如图1(a)所示。(3) 焊缝温度适肖，但挤压辐的挤压压力过大或过小。过大时不仅将

5、所有熔化的金属挤岀焊缝, 而门也会把大部分熔融的金属挤出焊缝，造成金属流线升角过大，熔合线非常细小，导致熔合 线上的金属结合不紧密。其焊缝的形貌如图1(c)所示。挤压力过小则使待焊边氧化了的金属 不能全部排出焊缝,同样降低了熔合线上金属的结合力，其焊缝处的变形貌如图1(a)所示。 2.2在熔合线以外出现裂纹在正常情况下，钢管的成型速度为36m/min, 5080mm焊管的管坯边缘加热长度为 60mm,即待焊边在0.1s的时间内，快速加热到1300C以上，使待焊边缘附近的金屈迅速地由 珠光体转化为奥氏体，会出现局部的碳含量增高。在奥氏体中的碳元素未进行均匀化时，焊接 后急剧冷却使奥氏体中进行均匀

6、化时，悍接后急剧冷却使奥氏体中不均匀浓度区得以保留;高 碳奥氏体淬火成为马氏体，而低碳部分则转化为珠光体，并以弥散状散布丁铁素体基础上。在 熔合线两侧约0.3mm的炸缝中心区为低碳马氏体，而在过渡区为贝氏体和珠光体2。焊缝区 中铁索体的硬度(190270HV5)比母材铁素体的硬度(160190HW)高。图2所示为20#钢使 用高频焊后的焊缝硬度变化情况。山图2可知，熔合线附近的金属被人人碾化了，而焊缝中心 由于脱碳略冇下降。由表1可知，加缝处为整个焊管上强度最高，塑性最差的部分。图2高频焊焊缝截面上硬度的变化表1 i(r钢高频焊管力学性能力学性能焊缝过渡区母体金属S( MPa)78469641

7、25 ( 9； 113162& 4在对环形焊管试样进行压扁试验时，首先岀现变形的区域不在焊缝处，而是其周用的母材 部分。当母材由于受到冷变形而应抗力增人到使此焊缝的某区域(一般为距熔合线13mm 的过渡区)的金加达到其屈服点吋，该处的金加亦开始变形，而此吋强度比它高的焊缝小心区 尚未开始屈服。山于此处的金属经历了较长时间的高温，品粒较大，塑性较低，使得此部位最易 出现裂纹。由此叮见，即使焊接质量良好，在进行压扁试验时，都町能首先在焊缝区出现裂纹。但只要压扁值为25%时没冇裂纹出现，就可以满足使用要求。根据以上分析，要获得较好的焊接质最，使焊管在进行压扁试验时不出现裂纹，有必要从 以下儿个方面进

8、行控制：(1) 使焊缝的低倍组织有对称于熔合线的热影响区，不出现如图1(b)、1(c)所示的焊缝低倍 组织,以减少在压扁试验时熔合线两侧变形的非均匀性，使两侧的变形呈不致相差过人，不致 造成某一-侧超过其延伸率而出现裂纹。这就要求成型后管坯的两边缘倾角相近，即边缘的弯 曲半径基本相等，同时焊脚应距带钢侧边的距离棊本相|i 0。(2) 在热影响区卞部的宽度不要比上部的大，不出现图1(b)所示的焊缝低倍组织，以使得压扁时 焊缝的内侧能受到压缩而变形，减少焊缝外侧的延伸量。可以调整管坯的成型过程或方法，使 管坯待焊边缘的倾角减少，不致出现尖脚形接触;增加内置磁棒的一肓径,减少高频电流在管坯 边缘内侧

9、的比例。(3) 减少热影响区的宽度，使焊管试样在进行压扁试验时，参耳变形的区域扩大,变形更趋均匀 化,从而使各处的变形都少些。这就需要捉高炸接速度，减少金属在高温时的驻留时间。(4) 加快冷却速度，减少焊缝上热影响区金屈在高温状态的时间(从挤压车昆至水套的距离为 2.2mm,处于高温状态吋间约为3.67s),使热影响区的晶粒不致过于粗长，提高其综合力学性 能。可在刮完外毛刺后即进行喷水冷却。3对工艺参数的控制根据成型方法和设备条件，対带钢的成型过程进行调整，使成型后的管筒,具有基本正确 的圆筒形，不存在棱角，凹凸等缺陷，管筒的边缘应平直，不出现波浪、皱折、鼓包、高低搭焊、 错位等现象，保证管筒

10、两侧边变形对称，侧边的倾角相近。在成型后的管筒进行焊接时，保证管筒边缘的加热温度达到13501400C,并按下述方 法对工艺参数进行控制。3.1挤压量为了确定挤压量与焊接质量Z间的关系,我们在临钢焊管厂进行了大量的对比试验，通过 对试验结果进行分析示得知，当焊接温度适当时，挤压量为0.35倍的壁厚时，压扁试样基木不 会在熔合线上开裂。3.2焊脚的位置炸脚距挤压馄中心线的距离，对悍接温度冇着决定性的影响，其值应略小于焊管的外径。 在生产100mm焊管时，当焊脚与挤压辘中心线相距150mm时，尽管在管坯内放置了磁棒，但焊 接速度只能达到1416 m/min,这显然加人了熔合线和热影响区的宽度。在其

11、它参数不作 任何调整时，将焊脚前移60mm,W接速度即达到了 35in/mino这是由于当距离较大时，高频电 流从管背流过时的管背电阻同经过待焊边流过吋的阻值相比，不至于过大。增加了管背的分 流,也就减少了焊接电流，减少了待焊边缘的输入热量，使得焊接温度升高很慢,降低了焊接速 度,同时也使得焊接质量降低。3.3感应器的位置采用感应焊接时，感应圈与挤压辘中心线Z间的距离，对焊接速度的影响较接触焊接时焊 脚的影响较羌些，但也应尽可能地靠近挤压辘。但感应圈在放置时，应尽可能地与管坯同心, 使感应圈与管坯之间隙尽可能在全周向相同，以增加高频电流的感应效果。在生产20mm焊 管时,焊速只能达到17nVm

12、in,后经观察，感应圈过于靠下，即感应圈与待焊边缘距离较近，而与 管坯底部的间隙较人。当将感应圈调整到与管坯基本同心,并使下部间隙略小时，焊速即可提 高到 3036m/min。3.4待焊边缘的倾角应使管坯待焊边缘的倾角卩、基本相等或尽可能地小，如图3所示。当卩、卩相茅较人时，高频电流人部分集中于管坯下部，造成焊缝上内外表面的温度不 同，热影响区宽度下部过大，使得压扁时更易出现裂纹。为保证成型后的管坯具冇较好的边 缘形状，建议使用“W”成型法。;hin图甌篡鞘第瞬懈rv4结论通过对焊接缺陷的形成原因进行分析，结合对工艺参数与焊接质量之间关系所进行的实验结 果,可以得出如下结论：(1) 以“W”变形方法设计的轧辘能够稳定地保证管坯边缘冇较好的形状；(2) 挤压量以0.35倍的壁厚为最佳值；(3) 感应圈应尽可能地与管坯之间的间隙在整个圆周都保持一致；(4) 焊脚与挤压辘的中心线之间的距离略小于焊管的外径，并对称地放置于待焊边的两侧。