淺談直縫埋弧焊鋼管氣孔和夾渣缺陷控制措施

孔令敏番禺珠江鋼管有限公司

淺談直縫埋弧焊鋼管氣孔和夾渣缺陷控制措施

孔令敏
番禺珠江鋼管有限公司

在直縫埋弧焊鋼管焊接過程中，氣孔和夾渣是最常見的缺陷類型，如能有效的控制這兩種焊接質(zhì)量缺陷，對(duì)于提高鋼管實(shí)物水平和生產(chǎn)效率有著及其重大的意義。本文針對(duì)鋼管生產(chǎn)過程中氣孔和夾渣的產(chǎn)生原因進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并相應(yīng)的提出了預(yù)防和控制措施。

直縫埋?。粴饪?；夾渣；線能量

一、前言

直縫埋弧焊鋼管被廣泛應(yīng)用在石油天然氣管線、化工管道等領(lǐng)域，其實(shí)物水平對(duì)工程的質(zhì)量至關(guān)重要。直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)過程中，夾渣和氣孔是占比最大的兩類焊接缺陷，不僅削弱了焊縫的有效截面，降低焊縫的強(qiáng)度和韌性，而且還會(huì)造成應(yīng)力集中，對(duì)動(dòng)載強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。雖然行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允許存在一定尺寸和分布的夾渣型和氣孔型缺欠，但在鋼管生產(chǎn)中應(yīng)不斷努力減少夾渣和氣孔，提升鋼管的整體質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率并降低制造成本。筆者根據(jù)焊接工藝研究和管理工作經(jīng)驗(yàn)，提出了從三個(gè)方面減少氣孔、夾渣缺陷發(fā)生幾率的預(yù)防和控制措施。

二、氣孔和夾渣缺陷的產(chǎn)生原因分析

在焊縫中出現(xiàn)的單個(gè)、條狀甚至密集氣孔，是由于焊接過程中本身產(chǎn)生的氣體或外部氣體進(jìn)入熔池，當(dāng)熔池的結(jié)晶速度大于氣泡的上浮速度，氣體未能逸出熔池，最終被凝固金屬包裹所形成的缺陷。氣體主要來源有：①鋼管坡口周圍和預(yù)焊層表面的鐵銹、油污和水分在高溫作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生[1]；②焊條、焊劑和氣體在未能充分干燥，殘存水分的狀態(tài)下使用；③空氣潮濕，增加了原材料受潮傾向；④焊接規(guī)范選用不當(dāng)，不利于熔池中氣泡逸出。

夾渣是殘留在焊縫內(nèi)部的熔渣。從焊接冶金學(xué)角度分析，由于熔池溫度較低或冷卻速度過快導(dǎo)致熔渣來不及析出，從而形成焊縫夾渣，結(jié)合直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析，夾渣的主要來源和產(chǎn)生原因有：①鋼板板邊夾雜物較多；②回收利用的焊劑夾雜物較多；③外焊前對(duì)預(yù)焊層未清理干凈；④焊接規(guī)范選用不當(dāng)，不利于熔池中熔渣浮出。

三、氣孔和夾渣缺陷的預(yù)防和控制措施

從以上原因分析中可看出，氣孔和夾渣缺陷主要來源于原材料問題、焊接規(guī)范選用不當(dāng)和現(xiàn)場(chǎng)操作執(zhí)行不到位3個(gè)方面，因此需要針對(duì)性的采取預(yù)防和控制措施。

1.原材料質(zhì)量把關(guān)

鋼板在生產(chǎn)投料前需進(jìn)行理化復(fù)驗(yàn)、UT檢測(cè)和外觀尺寸檢查。理化復(fù)驗(yàn)按每爐抽檢，包括化學(xué)成分、力學(xué)性能和金相分析等項(xiàng)目，評(píng)定是否滿足訂單生產(chǎn)技術(shù)要求，并作為制定焊接規(guī)范最重要的參考依據(jù)之一。UT檢測(cè)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)對(duì)板頭和板邊盲區(qū)進(jìn)行手工探傷，對(duì)檢查出會(huì)嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量的板邊連續(xù)夾渣等缺陷應(yīng)制訂妥善的處置方案，如銑邊去除、更換焊材等，并及時(shí)跟進(jìn)效果。外觀檢查需檢查板面是否有油污、銹蝕程度、板面波浪等。尺寸需檢查鋼板壁厚是否均勻，范圍波動(dòng)太大也會(huì)影響焊接質(zhì)量。

焊材入廠時(shí)應(yīng)檢查包裝有無破損、核對(duì)標(biāo)識(shí)信息，并審核廠家出具的質(zhì)保書，是否符合國(guó)家和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證焊材來源可靠。焊絲進(jìn)行化學(xué)分析和熔敷金屬力學(xué)性能試驗(yàn)，焊劑進(jìn)行化學(xué)分析和擴(kuò)散氫試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果合格后方可使用。

2.嚴(yán)格制定焊接規(guī)范

嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮附右?guī)范是焊接質(zhì)量的有效保證。在生產(chǎn)前要根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，檢驗(yàn)按擬訂的焊接工藝指導(dǎo)書焊制的焊接接頭的使用性能是否符合要求，并為正式制定焊接工藝卡提供可靠的依據(jù)。

厚壁直縫埋弧焊一般為雙Y型坡口，為保證良好的焊縫形貌和利于氣孔、夾渣從熔池排除，多絲焊時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

1)坡口寬度和深度應(yīng)與線能量相匹配，需滿足內(nèi)、外焊透，重合比約在10-15%壁厚，且焊縫余高符合要求的情況下，坡口角度不易過大，否則會(huì)增加焊接工作量和焊材消耗量，并同時(shí)增大焊接應(yīng)力導(dǎo)致的變形程度。既影響了生產(chǎn)效率，也難以保證焊接質(zhì)量。

2)前絲電流宜采用直流，可顯著增加熔深，且能更好的控制焊道形貌和焊速，引弧相對(duì)容易。而交流電源可減少磁偏吹，特別在焊絲電流高于900A時(shí)，這顯得尤為重要，所以其余焊絲采用交流[2]。

3)正常焊接條件下，熔深和焊接電流成正比關(guān)系，根據(jù)該坡口形式各焊絲電流應(yīng)依次減小，若后絲電流大于前絲時(shí)，后絲電弧吹力較大，將降低前絲熔池冶金反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體和非金屬夾雜物從液態(tài)金屬中逸出焊縫表面的速度，且易使熔池?cái)嚢璋l(fā)生紊亂，導(dǎo)致氣孔和夾雜。

4)電弧電壓大小基本與焊縫寬度成正比，所以各焊絲電壓依次增加，如果后絲弧壓小于前絲弧壓，則后絲熔池寬度小于前絲熔池寬度造成熔池界面呈葫蘆狀，特別對(duì)于小管徑內(nèi)焊，直徑小，曲率大，相對(duì)焊縫兩側(cè)坡口較大，熔池內(nèi)的液態(tài)金屬重力作用更加明顯，截面更易形成葫蘆形，熔池氣體和夾雜物從液態(tài)金屬中逸出焊縫表面時(shí)出現(xiàn)瓶頸，最終焊縫易出現(xiàn)氣孔、夾渣。

5)因?yàn)闊彷斎脒^大對(duì)焊縫和熱影響區(qū)韌性不利，所以在保證焊接質(zhì)量情況下優(yōu)先采用小的熱輸入，對(duì)于管線鋼管是有利的。

6)在保證焊接質(zhì)量的前提下，為提高生產(chǎn)效率應(yīng)適當(dāng)提升焊接速度。

7)焊材牌號(hào)選用一般依據(jù)等強(qiáng)匹配原則，另外還需根據(jù)項(xiàng)目產(chǎn)品理化性能要求做出適應(yīng)的搭配調(diào)整。

以上是厚壁直縫埋弧焊管焊接規(guī)范的制定原則，實(shí)際操作過程中還應(yīng)根據(jù)焊評(píng)結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)夾渣、氣孔問題的總結(jié)進(jìn)行相應(yīng)微調(diào)，不斷降低夾渣和氣孔發(fā)生概率。

3.加強(qiáng)生產(chǎn)過程執(zhí)行力

現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。生產(chǎn)過程中很多環(huán)節(jié)的嚴(yán)格執(zhí)行和控制是有效保證鋼管焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素，比如焊接前應(yīng)將坡口兩側(cè)表面清理干凈并保持干燥，避免輥道和機(jī)械設(shè)備的油污、鐵銹等污染；焊條、焊劑應(yīng)嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行烘焙和保溫后方可投入使用；回收再利用的焊劑應(yīng)控制好顆粒度和夾雜物；引、熄弧操作必須在弧板上完成以保證管端質(zhì)量等。這些因素需要經(jīng)過長(zhǎng)期的質(zhì)量改善和經(jīng)驗(yàn)積累識(shí)別出來，并依據(jù)制定具體的作業(yè)規(guī)范或檢查表，作為現(xiàn)場(chǎng)操作人員和技術(shù)管理人員對(duì)照進(jìn)行學(xué)習(xí)和檢查的依據(jù)。

通過技術(shù)交底、崗位自檢、監(jiān)督檢查和工藝紀(jì)律檢查等多種方式，保證鋼管焊接過程嚴(yán)格按工藝要求貫徹執(zhí)行，以排除諸多引起焊接質(zhì)量異常的偶然因素，不斷改善產(chǎn)品質(zhì)量，并能為優(yōu)化工藝參數(shù)排除干擾。

四、結(jié)語(yǔ)

直縫埋弧焊鋼管制造過程中，為有效的減少氣孔、夾渣缺陷，從而達(dá)到提升鋼管產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約成本和提高效率目的，需同時(shí)從原材料質(zhì)量把關(guān)、嚴(yán)格制定焊接規(guī)范和加強(qiáng)生產(chǎn)過程執(zhí)行力三個(gè)方面入手。

[1]陳祝年，焊接工程師手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.1.

[2]黎劍鋒，鋼管直縫埋弧焊焊接規(guī)范對(duì)焊縫形狀的影響[J].鋼管.2002.31（4）:33-36

孔令敏（1987-），男，從事直縫埋弧焊鋼管焊接工藝技術(shù)工作。