直縫焊管預(yù)焊缺陷對埋弧焊質(zhì)量的影響及控制

1、焊管第30卷第4期2007年7月79經(jīng)驗(yàn)交流直縫焊管預(yù)焊缺陷對埋弧焊質(zhì)量的影響及控制李東,(摘要:,介紹了預(yù)焊作業(yè)中常見的氣孔、。分析了焊接缺陷對埋弧焊質(zhì)量的影響。通過對,。關(guān)鍵詞:;預(yù)焊;焊接缺陷;質(zhì)量控制中圖分類號:TG441.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號:1001-3938(2007)04-0079-040前言現(xiàn)代直縫埋弧焊鋼管(UOE,JCOE)的制造工藝中,均設(shè)置連續(xù)預(yù)焊工序。其作用是對成形后的管坯進(jìn)行定型、成形縫定位和內(nèi)焊封底,以保證鋼管外形尺寸和有利于管內(nèi)焊接,從而提高焊管質(zhì)量和生產(chǎn)效率。但在預(yù)焊作業(yè)過程中,因各種因素的影響,有時不可避免地會產(chǎn)生焊接缺陷。這些缺陷往往又直接導(dǎo)致鋼管內(nèi)

2、外埋弧焊缺陷的產(chǎn)生,因而提高直縫埋弧焊管質(zhì)量必須控制好預(yù)焊質(zhì)量。圖1五組壓輥式預(yù)焊機(jī)示意圖1預(yù)焊工藝過程及特點(diǎn)坡口角度、管坯形狀、開口沿管坯長度方向扭曲及1.1預(yù)焊工藝過程兩側(cè)板邊不平等因素的影響,合縫后的成形縫質(zhì)量不太穩(wěn)定,變化較大。焊接時需要對管坯合縫變化、電弧的穩(wěn)定狀態(tài)、焊縫位置的偏離等情況進(jìn)行實(shí)時跟蹤和相應(yīng)調(diào)整。因而預(yù)焊具有焊接速度快、影響合縫質(zhì)量因素多、變化和調(diào)整隨機(jī)性強(qiáng)等特點(diǎn)。圖1為五組壓輥式預(yù)焊機(jī)示意圖。成形后的管坯經(jīng)輸送輥道運(yùn)送到預(yù)焊機(jī)的焊槍下,升起旋轉(zhuǎn)輥,旋轉(zhuǎn)調(diào)整開口位置至焊點(diǎn)處(12點(diǎn)鐘位置),頂壓兩側(cè)壓輥和上壓輥使管坯合縫,下落焊槍對縫和調(diào)整跟蹤焊縫,打開保護(hù)氣體和冷卻水

3、,起動焊接,焊接狀態(tài)監(jiān)控,焊至管終端熄弧停焊(自動延遲停氣),抬起焊槍和頂壓輥,鋼管送出2預(yù)焊常見缺陷及對埋弧焊質(zhì)量的影響2.1預(yù)焊常見缺陷預(yù)焊機(jī),管端和缺陷補(bǔ)焊。1.2預(yù)焊工藝特點(diǎn)預(yù)焊采用Ar+CO2混合氣體保護(hù)焊,在合縫后以較快速度移動的管坯上進(jìn)行連續(xù)焊接。由于由于預(yù)焊自身的特點(diǎn),在作業(yè)時常常會產(chǎn)生背面焊瘤、燒穿、錯邊、焊偏、斷焊(斷弧)、焊縫余80焊管2007年7月高過低或過高、氣孔及夾渣等缺陷。其中燒穿、斷焊(斷弧)較容易被發(fā)現(xiàn),及時采取補(bǔ)焊修復(fù),一般不會對內(nèi)外焊質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。2.2預(yù)焊缺陷對內(nèi)外埋弧焊質(zhì)量的影響(1)背面焊瘤背面焊瘤對內(nèi)焊縫質(zhì)量、跟部或下部(見圖3),與焊縫表面相

4、對較近。而且外焊熱輸入較大,液態(tài)熔池金屬在高溫停留時間較長,氣體和非金屬夾渣物容易逸出。因而外焊縫較少產(chǎn)生氣孔和夾渣缺陷。蹤及焊接過程的穩(wěn)定性將產(chǎn)生較大的影響。內(nèi)焊的焊槍頭部一般裝有導(dǎo)向輪,以穩(wěn)定焊頭和導(dǎo)向跟蹤。當(dāng)導(dǎo)向輪在坡口內(nèi)遇到焊瘤時,焊頭將突然升高,焊絲空間位置(焊絲伸出長度和間距)和電弧長度將發(fā)生急劇變化,渣、未焊透、燃燒至焊瘤處時,甚至發(fā)生短路熄弧,一處焊瘤往往可能導(dǎo)致兩處內(nèi)焊缺陷。(2)錯邊錯邊對內(nèi)外焊縫的熔深和斷面幾圖2預(yù)焊氣孔在內(nèi)焊縫中的位置何形狀將產(chǎn)生不利的影響,錯邊超差將直接導(dǎo)致焊管降級或報廢。(3)焊偏、焊縫余高過低或過高焊偏、焊縫余高過低是內(nèi)焊產(chǎn)生燒穿、裂紋等缺陷的主要

5、因素。焊偏和余高過低實(shí)質(zhì)上是封底焊縫厚度減小或無封底焊縫(嚴(yán)重焊偏時),同時也將引起成形縫的拘束強(qiáng)度降低,因而內(nèi)焊時很容易產(chǎn)生燒穿和裂紋缺陷。焊縫余高過高將引起外焊熔深減小和焊縫超高。(4)氣孔、夾渣預(yù)焊縫的氣孔、夾渣是引起圖3預(yù)焊氣孔在外焊縫中的位置3影響預(yù)焊質(zhì)量因素及控制措施在直縫埋弧焊管制造過程中,影響預(yù)焊質(zhì)量的因素有坡口、管形、焊接區(qū)清潔程度、焊接材料、焊接工藝、補(bǔ)焊工藝方法、操作技能等。3.1坡口內(nèi)外埋弧焊產(chǎn)生氣孔和夾渣缺陷的主要原因之一。預(yù)焊縫氣孔大多數(shù)分布于焊縫內(nèi)部,即內(nèi)氣孔(少數(shù)氣孔為表面氣孔)。夾渣一般存在于手工補(bǔ)焊焊縫根部。內(nèi)焊時,電弧可使焊縫根部和下部的預(yù)焊縫氣孔、夾渣熔

6、化或部分熔化掉(見圖2)。由于被熔化的氣孔、夾渣在內(nèi)焊縫根部,其氣體和非金屬夾渣物逸出焊縫表面的距離相對較遠(yuǎn),需要的時間也相對較長,而且內(nèi)焊的熱輸入一般較小,液態(tài)熔池金屬在高溫停留時間也較短,加之外界因素的影響(焊接規(guī)范不穩(wěn)定、焊臂抖動、管內(nèi)不平等),很容易使氣體或非金屬夾渣物被“圍困”在焊縫金屬中,形成焊縫近表面氣孔或夾渣缺陷。這也揭示了在實(shí)際生產(chǎn)中,內(nèi)焊縫點(diǎn)狀缺陷(氣孔、夾渣)較多,且絕大部分分布于焊縫近表面的原因。未被內(nèi)焊熔化的氣孔、夾渣,一般在外焊縫中坡口中的鈍邊角度(鈍邊應(yīng)與焊縫中心線平行,見圖4(a)、鈍邊厚度等尺寸選擇不合理,對合縫質(zhì)量、焊縫成形及焊接過程的穩(wěn)定性將產(chǎn)生不利的影響

7、。鈍邊角度過大,合縫后成形縫將形(見圖4(b),預(yù)焊時容易產(chǎn)生焊成“內(nèi)喇叭口”瘤和燒穿;鈍邊角度過小(負(fù)角度時),成形縫將(見圖4(c),使焊縫余高降低,形成“外喇叭口”甚至產(chǎn)生未填滿的缺陷(焊縫過低)。外喇叭口過大,會引起電弧燃燒不穩(wěn)定,產(chǎn)生“放炮”現(xiàn)象(焊絲短路爆斷),影響焊接過程正常進(jìn)行。鈍邊厚度過小也易產(chǎn)生燒穿缺陷。因而在直縫焊管制造中,應(yīng)根據(jù)管徑、壁厚、成形方式等不同工藝條件,選擇合理的坡口尺寸,并應(yīng)控制好尺寸精度。預(yù)焊作業(yè)中若產(chǎn)生燒穿、焊縫余高過低、焊瘤等質(zhì)量缺陷應(yīng)及時進(jìn)行修補(bǔ)和清除。第30卷第4期李東等:直縫焊管預(yù)焊缺陷對埋弧焊質(zhì)量的影響及控制81清除干凈。3.4焊接材料(1)保

8、護(hù)氣體預(yù)焊保護(hù)氣體純度對焊接質(zhì)量有較大的影響。若氣體純度不高,含水份較多,焊縫容易產(chǎn)生氣孔缺陷。預(yù)焊使用的保護(hù)氣體純度一般要求為:Ar99.7%,299.5%圖4成形縫示意圖1。而且CO2(12h)后,。(2)焊絲預(yù)焊采用Ar+CO2混合氣體保護(hù)23.2管形要的影響。圖55(為板邊彎曲變形過量,合縫后將形成“4(b)。預(yù);圖5(b)為板邊彎曲變形過小,管形的開口兩板邊外翹,合縫后形成“外喇叭口”成形縫(見圖4(c),即所謂的外“噘嘴”成形縫。這將導(dǎo)致預(yù)焊余高過低和電弧燃燒不穩(wěn)定。圖5(c)為兩側(cè)板邊彎曲變形不一致,管坯的兩板邊不平行,合縫時容易產(chǎn)生錯邊。此外,管坯開口量過大或過小,兩側(cè)板邊沿長

9、度方向高低不平等,均容易造成焊縫錯邊缺陷。因而控制良好的管坯形狀是提高預(yù)焊質(zhì)量的重要措施。,進(jìn)一步去除水份,防止氣孔的焊,電弧仍然有較強(qiáng)的氧化性,容易使焊縫增氧和合金元素?zé)龘p1。若焊絲中沒有足夠數(shù)量的脫氧元素(Mn,Si等),焊接時會增加產(chǎn)生氣孔傾向。因而在焊接一般低碳鋼或低合金鋼時,可選用含Mn,Si等脫氧元素較高的焊絲。如H08MnSiA,H08Mn2SiA等。但是,電弧的氧化性,隨著Ar氣混合比的增加而降低。管線鋼一般含碳量較低,低溫沖擊韌性較高。焊接這類鋼時,可以選擇與母材成分相近、強(qiáng)度相等的焊絲,并適當(dāng)提高Ar氣的混合比例,也可獲得良好的焊接質(zhì)量。如X60級管線鋼管,筆者采用H08C

10、,<3.2mm焊絲,匹配65%Ar+35%CO2混合保護(hù)氣體進(jìn)行預(yù)焊,焊縫質(zhì)量良好,各項(xiàng)力學(xué)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。3.5焊接工藝參數(shù)預(yù)焊工藝參數(shù)主要有:焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑、焊絲伸出長度、焊絲傾斜角度、保護(hù)氣體混合比、氣體流量等。焊接工藝參數(shù)圖5三種不良管形示意圖選擇不當(dāng)容易造成焊縫產(chǎn)生各種焊接缺陷,甚至影響焊接過程的正常進(jìn)行。因而預(yù)焊工藝參數(shù),一般是通過焊接工藝試驗(yàn)確定,并編制成工藝文件進(jìn)行控制。需要說明的是,預(yù)焊作業(yè)中,應(yīng)及時清理黏附在噴嘴上的飛濺,防止噴嘴堵塞,影響氣流對熔池的保護(hù)而導(dǎo)致焊縫氣孔缺陷的產(chǎn)生。3.6操作技能控制管坯形狀最重要的是:選擇適宜的預(yù)彎壓?；蛐?/p>

11、彎芯軸直徑(旋壓式JCO成型法),使兩板邊彎曲變形的弧度相等,而且與理想圓弧基本一致。其次是在成形過程中沿圓周方向均勻且有足夠量的彎曲變形,以使管坯有良好形狀和適宜的開口量。良好的管坯形狀應(yīng)該是:接近理想的圓,兩側(cè)板邊平行,沿長度方向平直,開口量30120mm。3.3焊接區(qū)的清理預(yù)焊質(zhì)量在很大程度上取決于操作者的實(shí)際操作技能。例如:合縫的調(diào)整、錯邊的調(diào)整、跟蹤調(diào)整及焊接過程中的監(jiān)控及調(diào)整等,主要由人工操作完成。為了減少或避免人的操作因素對質(zhì)量造成的不利影響,對操作者應(yīng)進(jìn)行培訓(xùn),并加以考核,合格后方可上崗。焊接區(qū)的油污、鐵銹、氧化鐵等污物是產(chǎn)生焊縫氣孔的主要原因之一,因而在預(yù)焊之前應(yīng)徹底82焊管

12、2007年4結(jié)語7月3.7管端處理及缺陷的補(bǔ)焊鋼管兩端的預(yù)焊盲區(qū)及燒穿、斷焊(斷弧)、焊偏、余高低等缺陷部位需進(jìn)行手工補(bǔ)焊。補(bǔ)焊焊縫一般容易產(chǎn)生氣孔、夾渣缺陷。而且焊縫表面質(zhì)量和外形尺寸也與自動焊縫相差較大。特別是采用手工電弧焊時更為嚴(yán)重,因而預(yù)焊的補(bǔ)焊應(yīng)采用手動CO2氣體保護(hù)焊,并對焊接材料,工藝參數(shù)、補(bǔ)焊方法等進(jìn)行工藝控制,以獲得與自動焊縫基本一致的質(zhì)量。3.8埋弧焊工藝直縫鋼管預(yù)焊缺陷將直接影響內(nèi)外埋弧焊的質(zhì)量。通過對坡口角度和尺寸、管坯形狀、焊接區(qū)清潔度、焊接材料、焊接工藝參數(shù)、操作方法、補(bǔ)焊等各道工序的質(zhì)量控制,可有效地減少預(yù)焊缺陷的產(chǎn)生。,影響。:1傅積和,孫玉林.焊接數(shù)據(jù)資料手冊

13、M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994,148-153.2潘際鑾.焊接手冊,第1卷.焊接方法及設(shè)備M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992,168.陷,但在實(shí)際生產(chǎn)中,、夾渣等缺陷存在。根據(jù)預(yù)焊縫氣孔、夾渣在內(nèi)外焊縫中分布的特點(diǎn),內(nèi)焊工藝應(yīng)在線能量不變的情況下,采用稍慢的焊速焊接,以延長熔池高溫停留時間;外焊應(yīng)采用較大的線能量,以增大焊縫熔深和熔池溫度,利于氣孔、夾渣的熔化和逸出。從而消除預(yù)焊氣孔、夾渣對埋弧焊質(zhì)量的影響。作者簡介:李東,焊接工程師,長期從事螺旋焊管和直縫焊管埋弧焊工藝技術(shù)及工藝開發(fā)工作。收稿日期:2007-01-15ISO出版新的油氣輸送鋼管國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)第67技術(shù)委

14、員會(TC67)是石油、石化和天然氣工業(yè)用設(shè)備材料及海上結(jié)構(gòu)技術(shù)委員會。其第2分技術(shù)委員會(SC2)是管道輸送系統(tǒng)分技術(shù)委員會。SC2下屬十多個工作組分別負(fù)責(zé)管道閥門、管線鋼管、管線焊接、水下閥門、管道陰極保護(hù)、輸送管的外部涂層、管道壽命和管道內(nèi)部涂層等國際標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。SC2第16工作組(WG16)的28名專家在工作組召集人來自英國的JohnHammond先生的帶領(lǐng)下,經(jīng)過近4年的工作,已完成ISO3183系列標(biāo)準(zhǔn)的修訂,其最終草案(FDIS)于2006年911月發(fā)出,進(jìn)行投票,并以95.45%的贊成票率得以通過。ISO3183:2006石油天然氣工業(yè)管道輸送系統(tǒng)用鋼管已于2007年3月

15、15日正式出版。ISO3183:2006標(biāo)準(zhǔn)共分14章,具體為:1.范圍;2.一致性;3.引用標(biāo)準(zhǔn);4.術(shù)語和定義;5.符號和縮略語;6.鋼管級別、鋼名稱和交貨狀態(tài);7.購方提供信息;8.制造;9.驗(yàn)收極限;10.檢查;11.標(biāo)記;12.涂層和螺紋保護(hù)。并有規(guī)范性附錄12個,分別為:附錄A.對接管規(guī)范;附錄B.PSL2鋼管制造工藝評定;附錄C.表面缺欠和缺陷的處理;附錄D.補(bǔ)焊程序;附錄E.非酸性和海洋服役條件鋼管的無損檢測;附錄F.PSL1接箍要求;附錄G.抗延性開裂性能PSL2鋼管;附錄H.酸性服役條件PLS2鋼管的訂購;附錄I.按過出油管(TFL)訂購的鋼管;附錄J.海洋服役條件PSL2

16、鋼管的訂購;附錄K.酸性和海洋服役條件鋼管的無損檢測。資料性附錄2個,分別為:附錄L.鋼牌號;附錄M.ISO3183與其源文件間的術(shù)語對照。ISO3183:2006將ISO3183.1,ISO3183.2,ISO3183.3和API5L整合、修訂為一個標(biāo)準(zhǔn),加入L625,L690和L830三個新鋼級及相關(guān)內(nèi)容,并根據(jù)鋼管級別、鋼名稱、交貨狀態(tài)、化學(xué)成分和對鋼管性能的不同要求將鋼管分為PSL1和PSL2兩種水平。同時針對在酸性、海洋服役條件的鋼管提出較普通服役條件鋼管更為嚴(yán)格、全面的要求。該標(biāo)準(zhǔn)的出版和實(shí)施,將對國際、國內(nèi)石油天然氣輸送管道用鋼管的制造,輸送管道建設(shè)、管線鋼研制和制造產(chǎn)生重要影響

17、。(寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司王慧供稿)92焊管2007年CauseAnalysesofTransverseCrackOccurredinProductionofSeamlessERWPipeof20SteelLIUHui2yi7月AbstractID:100123938(2007)04200662EAAbstract:ThisarticlebrieflyintroducesproductionprocessflowanditsmainequipmentsofseamlessERWpipeof20steel,andanalyzescauseoftransversecrackoccurredinp

18、roductionofseamlessERWpipeof20steel,andgivesoutthemainmeasurestosolvetransversecrack.Itisefficienttoeliminatetheoccurrenceoftransversecrackonweldbymeansofoptimizingwelding,sizingprocessandstrictlycontroltoinclusionsclassofrawmaterial.Keywords:ERWpipe;transversecrack;inclusionsclass;optimizingwelding

19、processProcessParametersOptimizationofHighSpeedWeldingwithDoubleWiresforSpiralSubmergedArcWeldedPipeHUDe2hu,ZHAOWei,NIUHui,ZFengAbstractID:100123938(2007)04200692EAAbstract:Thisarticleintroducesoptimizationandselectionofeachprocesssweldingwithdoublewiresindetailandproposestoadoptingmatcheddirectcurr

20、entplusalternativetompedgeswithdissymmetryX2bevel,tocontrol2lingeccentricitydistanceofinsideweldingonlywithin030mmweldingslightlylargerthanthatofinsideweld2ingaswellaskeepingsamedistancebetweenandsameangleofweldingforoutsideandinsidewelding,andangleoffrontwireis3°6°andangle°,ongationo

21、fweldingwireforoutsideandinsidewelding.Italsoemphasi2zesselectionandmatchingprincipcurrentandvoltagetodoublewiresandputsforwardtocontrolpointsofimprovingqualityofdoublewires.Keywords:spiralidoublewireswelding;groovetype;eccentricity;distancebetweenweldingwires;angleofweldingwire;elongationofweldingB

22、asicCharacterandOperationalPointsofWeldUltrasonicTestingSHENYing2hua,HUJianAbstractID:100123938(2007)04200722EAAbstract:Itstatescompositionelementsoftestingsystemthroughanalysistoprincipleofweldultrasonictestingandoperationalprocessoftestingsystemandsummariesrelationamongbasiccharacteroftestingsyste

23、m,determinantofdefectandevaluationofweldingqualityandexistedmainis2sues,andalsoproposesapproach,directionandmethodstocontrolallconstituentelementsduringtestingprocessinordertoimprovereliabilityofweldultrasonictesting.Keywords:weld;ultrasonictesting;characteroftesting;operationalpointsDeterminationof

24、ResidualStrengthforCorrosionPipelineandRebuildMeasuresZHANGZhen2yong,GUOBinAbstractID:100123938(2007)04200752EAAbstract:Thisarticleintroducesthegeneraldevelopmentofevaluationmethodsofpipelineresidualstrengthandalsopresentsmethodsofdetermi2ningmainparametersforevaluationofresidualstrength.Italsotakes

25、rebuildprojectofQinhuangdao-Beijingoiltransmissionpipeline,whichwascompletedandputintouseinJune1975,asexample,andanalyzescorrosionstatusofoneofpartialpipeline,aswellasdeterminesresidualstrengthofthispartialpipelinethroughactualcalculation.Andproposespecificrebuildmeasuresbasedonitsresidualstrength.T

26、hiswillbehelpfultore2buildofChinaexistinglong2distance,oldoil&gastransmissionpipelineunderservice.Keywords:oil&gaspipeline;corrosion;residualstrengthAffectsandControltoWeldingQualityofTackWeldingDefectforLSAWPipeLIDong,LIUQing2caiAbstractID:100123938(2007)04200792EAAbstract:Thisarticledescri

27、besbrieflyprocessprocedureandcharactersof5setsrollingtackweldersforlongitudinalsubmergedarcweldingpipeu2nit,andintroducescommondefectsduringtackweldingoperation,suchasairpocket,slag,arcburn,offsetandmisalignmentetc.Itanalyzeseffectofweldingdefectstoweldingqualityofsubmergedarcweldedandputsforwardqua

28、litycontrolmeasuretotackwelding.Keywords:longitudinalsubmergedarcweldedpipe;tackwelding;weldingdefect;qualitycontrolStudyonSurfaceStressCorrosionCrackofHighStrengthPipelineEditedandTranslatedbyZHANGChao2shengAbstractID:100123938(2007)04200832EAAbstract:Itstatesthatexperimentalstudyonstresscorrosionc

29、racktoAPIhighstrengthpipelinesteelpipesbyresearchdepartmentofJFECo.byadoptingofdifferentanti2corrosionpotential,constantload,variablestressandelectrochemicaltestunderlaboratorycondition.Throughexperimen2talcomparisonbetweengradeX80andgradeX65,theconclusionhasbeenreachedthatsamplesofX80andX65remainsthesameandnocrackap2pearforconstantloadtestinartificialseawater,theutmostconditionforX80andX65toappearcrackissimilarforvariablestresstestinartificialseawaterandchloridesolutionwit