焊接鋼管壓扁試驗開裂原因分析

摘 要：作為鋼鐵生產(chǎn)和需求大國，鋼材質(zhì)量的好壞直接影響各行各業(yè)的建設(shè)和發(fā)展。鋼管作為建筑構(gòu)建的基本建材，一般通過焊接壓扁試驗、力學(xué)拉伸試驗和高溫疲勞試驗等測試手段，檢驗焊接鋼管質(zhì)量水平的高低。其中焊接鋼管壓扁試驗是檢測較為準(zhǔn)確的手段之一，可以快速得出檢驗結(jié)果，通過觀察壓扁后鋼管的開裂和形變程度，進行定量檢測分析。然而，在實際檢測的過程中對于焊接鋼管壓扁試驗性能測試中開裂的程度不同，需要進一步探究原因，指導(dǎo)鋼管生產(chǎn)和鍛造，進而不斷提升我國鋼管制備控制工藝水平。

關(guān)鍵詞：鋼管焊接；壓扁試驗；原因研究；開裂分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.035

隨著我國能源工業(yè)的快速發(fā)展，鋼管在我國油氣運輸、生活污水收集、城市給水排水工程以及機械設(shè)備制造等方面應(yīng)用越來越廣泛。為了充分滿足不同行業(yè)鋼管應(yīng)用不同的物理和化學(xué)性能要求，生產(chǎn)抗震、抗壓、抗裂的特種需求鋼管，在進行焊接鋼管壓扁試驗過程中，發(fā)現(xiàn)鋼管存在不同程度的開裂現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼管銷售量急劇下降，嚴(yán)重阻礙了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展與進步。本文淺析了影響鋼管壓扁試驗結(jié)果的因素，針對焊接鋼管壓扁試驗開裂的具體原因，提出了相應(yīng)的解決策略。

1 影響焊接鋼管壓扁試驗結(jié)果的因素

1.1 鋼管材料質(zhì)量的影響

焊接鋼管的壓扁試驗結(jié)果對于鋼管物理、化學(xué)等綜合性能指標(biāo)的評價意義重大。對于結(jié)果的準(zhǔn)確性是由鋼管材料質(zhì)量決定的，所以對于壓扁試驗結(jié)果影響最大。鋼管一般根據(jù)碳含量的不同稱為生鐵、熟鐵和鋼鐵。其中生鐵的碳含量最高，約占整體質(zhì)量的4%左右。生鐵在壓扁試驗過程中容易斷裂，因此，其強度和柔韌性較差。熟鐵的碳含量降低2%左右，具有一定的延展性，容易加工，在壓扁試驗測試中，容易出現(xiàn)局部開裂。鋼鐵一般不開裂。

1.2 壓扁試驗裝備的影響

對于焊接鋼管壓扁試驗，不同地區(qū)采用的試驗裝備不同，壓扁試驗處理方法存在一定的差別。目前，較為普遍的壓扁焊接鋼管測試是采用兩端壓扁法，通過萬能試驗機或壓力拉伸機，對于焊接鋼管試樣的兩端進行開裂試驗。然而，一些地區(qū)采用焊接鋼管中端壓扁試驗測試，這就使得不同擠壓量和擠壓部位的差異引起壓扁試驗結(jié)果的不同。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采用德國或日本制造的壓扁試驗裝備檢測結(jié)果更趨于真實值，檢測方法簡單高效。

1.3 壓扁試驗人員操作的影響

壓扁試驗人員操作對于焊接鋼管試驗結(jié)果的影響主要由兩個方面產(chǎn)生：一方面，壓扁裝備操作人員素質(zhì)和能力不同。對于操作能力較強的人員，獲得的焊接鋼管壓扁試驗結(jié)果越準(zhǔn)確，對于試樣的選擇更具代表性，可以科學(xué)評價焊接工藝水平和鋼管生產(chǎn)制造水平。另一方面，操作不規(guī)范引起的結(jié)果誤差。具有相同水平的壓扁試驗檢測人員，由于壓扁試驗設(shè)計的操作順序較多，不同的操作習(xí)慣對于焊接鋼管的試驗結(jié)果影響較為明顯。

2 焊接鋼管壓扁試驗開裂的具體原因探究

2.1 焊接鋼管材質(zhì)差別大

鋼鐵根據(jù)不同的鍛造溫度分為體心立方晶體結(jié)構(gòu)的α鐵、面心立方晶體結(jié)構(gòu)的β鐵和體心立方雙錐晶體結(jié)構(gòu)的γ鐵。我們對于不同開裂程度的焊接鋼管材質(zhì)進行檢測分析發(fā)現(xiàn)，α鐵開裂程度最大，開裂斷面成縱裂紋；β鐵也存在一定的開裂現(xiàn)象，但是裂紋成橫向分布；鋼鐵中γ鐵的成分比重越大，開裂程度越小，對于鋼管的整體性能提升越有益。

2.2 焊接鋼管中存有雜質(zhì)

對于一些鋼材材質(zhì)較好的鋼管開裂原因探究發(fā)現(xiàn)，斷面層含有一定含量的硫化物或氯化物。而硫化物雜質(zhì)普遍存在與開裂鋼管中，由于其屬于鋼鐵內(nèi)部雜質(zhì)，在進行壓扁試驗過程中，由于需要高溫測試，嵌入內(nèi)部的硫化物會析出，將其余部分的鐵共同體隔開，在冷卻后形成裂紋。同時，硫與鐵在相同溫度下膨脹收縮系數(shù)不同，通過開裂釋放內(nèi)在應(yīng)力。

2.3 鋼管焊接條件控制弱

經(jīng)過實際分析，鋼管焊接條件控制水平直接影響開裂與否及開裂程度的強弱。由于鋼管焊接是在一定溫度下進行的，溫度的高低對于焊縫的質(zhì)量影響重大。焊接鋼管溫度過高，致使鋼管焊縫處鋼鐵熔化面積增加，在進行壓扁試驗時，可承受的壓力大大降低，容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。除此之外，焊接時擠壓量也對壓扁試驗開裂與否有關(guān)。

3 解決策略

3.1 完善鋼管生產(chǎn)工藝控制

對于焊接鋼管的壓扁試驗方案的選擇，要以性能需求為導(dǎo)向，嚴(yán)格控制鋼管生產(chǎn)工藝，從源頭提升鋼管的物理化學(xué)性能，減少焊接鋼管在壓扁試驗的開裂機率。一方面，加強鋼管成分的比例混合研究。通過不同材質(zhì)成分的結(jié)果建立相應(yīng)的物理化學(xué)性能指標(biāo)，為日后開展壓扁試驗提供科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。一方面，提升鋼管的鍛軋工藝水平。及時采用先進的鋼材生產(chǎn)設(shè)備和工藝。

3.2 加強鋼管中雜質(zhì)預(yù)處理

對于雜質(zhì)引起的焊接鋼管出現(xiàn)的開裂，可以通過化學(xué)處理法，加強雜質(zhì)前期處理。首先，在選礦時，進行成分分析，及時利用氧化還原或高溫煅燒去除硫化物和氯化物。其次，在煉鐵時，加強鋼鐵成分的檢測力度，在處理過程中，及時將雜質(zhì)去除。最后，鋼鐵在成型時，要避免引入其他雜質(zhì)?？梢猿浞掷昧蚧锖吐然锏幕瘜W(xué)特性，有針對性的選擇去除工藝。

3.3 提升鋼管焊接工藝水平

前文已經(jīng)提到，焊接工藝水平的高低也會直接影響在進行壓扁試驗過程中是否開裂。一方面，優(yōu)化現(xiàn)有的焊接技術(shù)，根據(jù)性能指標(biāo)和實際需求，建立完善的鋼管焊接工藝解決方案。一方面，加大焊接條件的精確控制。根據(jù)焊接技術(shù)現(xiàn)狀，實現(xiàn)焊接溫度和焊接擠出量的科學(xué)控制，保證焊接處不會因為外界受力而開裂。進而提升焊接鋼管的耐壓能力和可加工能力。

4 結(jié)論

鋼管應(yīng)用在鋼材市場上發(fā)揮著重要作用，鋼管焊接壓扁試驗檢測分析，有利于進行開裂原因探究。希望通過本文，讀者對于焊接鋼管壓扁試驗中開裂有一個系統(tǒng)的認(rèn)知，根據(jù)影響鋼管性能的因素和開裂具體原因，合理采取改進措施，提升鋼管焊接和制造水平。

參考文獻：

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[2]王偉勛.焊接鋼管壓扁試驗開裂原因分析[J].南方金屬，2015（06）.

作者簡介：劉星娟（1969-），女，山東安丘人，大專，研究方向：機械設(shè)計。