螺旋埋弧焊管焊縫夾雜原因分析及解決措施

王林

關(guān)鍵詞：螺旋埋弧焊;管焊縫;焊縫夾雜

埋弧焊在對管結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時由于速度快、焊接面呈曲狀不夠平整，導(dǎo)致焊縫液態(tài)熔池結(jié)晶時可能會進(jìn)入空氣、水分而形成焊渣和氣孔，影響了焊接質(zhì)量。同時螺旋埋弧焊管焊接過程中的錯邊、板邊積壓和成型縫隙過大等都會影響螺旋埋弧焊接質(zhì)量。尤其是在對壁厚較大的焊管進(jìn)行焊接時，由于焊縫液態(tài)熔池比較深，更容易進(jìn)去空氣、水蒸氣等雜質(zhì)，焊縫中的夾雜和氣孔會減少焊縫的強(qiáng)度和應(yīng)力，進(jìn)而降低焊縫的耐久性和機(jī)械性能，影響其使用壽命和使用效果。所以在進(jìn)行螺旋埋弧焊管焊接時應(yīng)該注意焊接材料、焊接工藝、板邊形狀等方面內(nèi)容，避免出現(xiàn)夾雜和氣孔等問題，提高螺旋埋弧焊管焊接質(zhì)量。

1螺旋埋弧焊管焊縫夾雜特點

1.1螺旋埋弧焊管焊接特點

螺旋埋弧焊鋼管的焊縫分為內(nèi)焊縫和外焊縫兩種。本文根據(jù)上卷成型鋼管埋弧內(nèi)焊和外焊的過程來（如圖1所示）分析螺旋埋弧焊管的焊接特點。

首先螺旋埋弧焊管的內(nèi)外焊是同時完成的，焊接時需要利用環(huán)焊連接，由圖1所示，即為螺旋埋弧焊管成型的示意圖。螺旋埋弧焊管內(nèi)焊一般采用下坡焊，這樣可以提高焊縫質(zhì)量。其次是螺旋埋弧焊管焊接速度快。對于普通的螺旋埋弧焊管大部分焊機(jī)的焊接速度在1.8～2.0m/min范圍內(nèi)。為了讓液態(tài)熔池金屬快速結(jié)晶，需要提高管件的轉(zhuǎn)速。最后是管件成型質(zhì)量直接影響焊縫質(zhì)量。螺旋埋弧焊管成型后由于管徑變化，其橢圓度、錯邊、擠厚、噘嘴和成型縫間隙都會發(fā)生改變，這些都會影響焊縫的質(zhì)量。如果在焊接過程中不注意焊接工藝參數(shù)的調(diào)整就會影響焊縫形狀和焊縫質(zhì)量。

在螺旋埋弧焊管的焊接過程中，會出現(xiàn)如一些夾雜和氣孔，這類焊接缺陷肉眼不易發(fā)現(xiàn)，但用x射線進(jìn)行質(zhì)量檢查很容易發(fā)現(xiàn)，如圖2所示就是在x射線檢查圖像上顯示的夾雜氣孔，用碳弧氣刨刨開后可以發(fā)現(xiàn)該焊接質(zhì)量缺陷的外側(cè)是氣孔，七孔內(nèi)含有黑色圓球狀的焊渣，這種焊接質(zhì)量缺陷在焊接領(lǐng)域叫夾渣型氣孔。

我國很多鋼管生產(chǎn)廠都會遇到螺旋埋弧焊管焊縫夾雜和氣孔的質(zhì)量問題，這種夾渣型氣孔具有如下特點：一是焊管的厚度較大，且在夾雜和氣孔的焊縫附近往往有不同程度的銹蝕。二是夾雜和氣孔都在焊縫內(nèi)部，不容易用肉眼看見。三是焊縫中的氣孔多有黑色圓球狀的焊渣。

1.2生產(chǎn)概況

本次研究的螺旋埋弧焊管的規(guī)格為X65級‘p711mmxl4.2mm的鋼管，其材料、規(guī)格、焊接工藝如下：一是焊接材料。本研究的螺旋埋弧焊管焊接對象為X65級‘p71 lmmxl4.2mm的鋼管，由于鋼管平時不注重保養(yǎng)，導(dǎo)致表面銹蝕嚴(yán)重。尤其是鋼卷外層有明顯的腐朽氧化鐵皮。同時埋弧焊絲是H08C，焊劑為CHFl01，焊劑使用前在高溫下烘干。二是成型工藝參數(shù)。焊接寬度為1440mm，成形角度為48°。三是焊接工藝參數(shù)。先把鋼帶兩邊銑成x形狀的坡口，坡口角度在30°～35°之間，單側(cè)銑削深度為2～3mm，焊接速度為1.5～1.6m/min，其他焊接參數(shù)如下表所示。四是機(jī)組概況。機(jī)組是兩套一樣的生產(chǎn)線、成型機(jī)、焊接設(shè)備，且焊接工藝一樣，機(jī)組的生產(chǎn)規(guī)格為508mm～1620mm，管件最大壁厚20mm。在焊接過程中，鋼帶兩側(cè)50mm范圍內(nèi)都要采用電動鋼絲刷進(jìn)行拋光除銹處理，按道理兩組的.螺旋埋弧焊管焊縫質(zhì)量應(yīng)該一樣，但實際情況是一組的焊縫夾雜情況少，而另一組焊縫夾雜問題較嚴(yán)重。

2螺旋埋弧焊管焊縫夾雜原因分析

2.1焊接材料原因分析

螺旋埋弧焊管焊縫夾雜和氣孔和焊接材料有關(guān)，但是很多焊接材料（鋼板）經(jīng)過拋光和除銹，外表雖然沒有異常，但是很多鋼板內(nèi)部已經(jīng)銹蝕，即便是外表經(jīng)過除銹和拋光很嶄新，但是無法除掉內(nèi)部的鐵銹。在經(jīng)過成型器冷彎變形成為圓筒狀之后，會使內(nèi)部的鐵銹暴露出來，在焊接過程中與焊劑混合。因為鐵銹的主要成為是氧化鐵，焊接時在高溫影響下氧化鐵中的水會在氧化還原反應(yīng)中分解為氫氣和氧氣，氧氣可以加速氧化反應(yīng)，但是不充分燃燒后會形成一氧化碳?xì)饪?。同時氫氣也可以產(chǎn)生氣孔，道理和上面所說的原理雷同。

通過對以上兩組焊接材料的檢查，發(fā)現(xiàn)焊接鋼管表面干凈整潔，沒有污損和銹蝕情況，焊絲也在保質(zhì)期內(nèi)，并無污損，且鍍層良好，沒有銹蝕和污染，焊劑規(guī)格和類型符合要求，也按照焊接工藝提前烘干。兩套機(jī)械設(shè)備在工藝參數(shù)和焊接材料上都是一樣的，導(dǎo)致一組螺旋埋弧焊管焊縫夾雜和氣孔多，而另外一組螺旋埋弧焊管焊縫夾雜和氣孔少的原因顯然不是焊接材料內(nèi)部銹蝕。排除焊接材料原因后進(jìn)入深入分析可知在焊接過程中焊劑進(jìn)入成型縫在熔化時焊劑與熔池金屬在融合過程中產(chǎn)生的各類氣體和焊渣沒有及時排處，使得氣體和焊渣留在了固結(jié)的焊縫里面形成夾雜和氣孔等焊縫質(zhì)量缺陷，這說明在焊接工藝和板邊形狀、成縫合縫過程中存在問題。

2.2焊接工藝原因分析

螺旋埋弧焊管焊接過程中，其內(nèi)焊深度主要由電弧直接吹燒母材形成或者由過熱的熔池金屬熔化母材形成。內(nèi)焊縫的最低處往往又深又窄，電弧難以直接吹燒得到，因此內(nèi)焊縫的最低處是由過熱熔池金屬液來填補(bǔ)的。在融化內(nèi)焊縫最低處的母材時，焊劑會掉到又窄又深的底部縫隙中去，與熔池金屬發(fā)生氧化還原反應(yīng)，由于底部縫隙缺少足夠氧氣，會導(dǎo)致焊劑與熔池金屬的氧化反應(yīng)不充分產(chǎn)生一氧化碳和其他反應(yīng)物。如果在焊縫結(jié)晶時底部縫隙的一氧化碳沒有排出，一氧化碳?xì)怏w就會在熔池中形成一個個氣泡，并將反應(yīng)物（焊渣）包裹在里面并逐漸上浮，一部分氣泡會浮出熔池表面，一部分氣泡因熔池溫度下降和鐵水凝固而無法浮出熔池表面，形成一個個細(xì)小的氣孔和夾雜。在螺旋埋弧焊管外焊過程中，如果內(nèi)焊產(chǎn)生的夾雜、氣孔位置不深，會被外焊高溫熔化并從外焊熔池中逸出。如果夾雜和氣孔的位置較深，且不說不容易被外焊高溫熔化，即便是熔化了也不容易逸出，甚至氣泡在上浮過程中會從內(nèi)縫跑道外縫中，在外焊縫中形成夾雜和氣孔。

兩組機(jī)械設(shè)備的內(nèi)焊工藝和外焊工藝都一樣，雖然在電流、電壓、焊絲傾角、焊點偏心距等方面存在微小的差別，但都是在可控范圍內(nèi)，兩組機(jī)械設(shè)備螺旋埋弧焊管焊縫夾雜和氣孔的差別并非焊接工藝造成的。

2.3板邊形狀及成型合縫狀態(tài)原因分析

螺旋埋弧焊管在焊接時需要對板邊進(jìn)行圓盤剪、刨邊和銑邊等工藝。因為這些工藝類型不同，得到的板邊形狀和精準(zhǔn)度也不盡相同。不同的板邊形狀會對焊接縫的成縫合縫的強(qiáng)度和穩(wěn)定性具有不同程度的影響，進(jìn)而會影響焊接質(zhì)量，這就是說，成縫合縫的質(zhì)量決定著螺旋埋弧焊管焊縫是否夾雜。用圓盤剪進(jìn)行板邊加工時如果剪刀的間隙與重合量設(shè)置不正確，帶鋼板邊就會因剪切力不均勻而發(fā)生翹曲和歪斜，最終在剪切面形成不平整的斜面。有的因為剪切力不均衡或剪刀間隙過大會導(dǎo)致板邊撕裂，導(dǎo)致板邊不平整。無論是板邊傾斜還是不平整，都會影響焊接后期的成縫合縫狀態(tài)，出現(xiàn)內(nèi)緊外松或內(nèi)松外緊的成型縫。如果圓盤剪剪切過程中沒有出現(xiàn)歪斜或不平整等板邊問題，但是在用成型輥輥頭錯位時也會導(dǎo)致板邊彎曲使得成型縫呈噘嘴狀或內(nèi)陷狀。噘嘴狀內(nèi)緊外松的成型縫焊接過程中實容易漏弧和燒穿，雖然不會導(dǎo)致夾雜和氣孔，但影響焊接美觀性;而內(nèi)松外緊的內(nèi)陷狀成型縫則會在內(nèi)部形成V型缺口，使得氣體和焊渣進(jìn)去形成夾雜和氣孔。在調(diào)型不到位或者焊接工藝參數(shù)設(shè)置不到位的情況下，或者使用低結(jié)構(gòu)應(yīng)力來成縫合縫時，會導(dǎo)致焊接表面溫度過高，使得焊接縫內(nèi)部膨脹而氣體就會進(jìn)入這些膨脹的縫隙內(nèi)產(chǎn)生氣孔和雜質(zhì)。

兩組機(jī)械設(shè)備雖然焊接工藝相同，但是在成縫上存在差別。一組的成型縫比另外一組的成型縫疏松，導(dǎo)致焊劑時會有焊劑從成型縫中漏出，焊管的成型縫中間有一層白色粉末，這就是內(nèi)焊時沒有充分燃燒的焊劑。因此，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，兩組機(jī)械設(shè)備在螺旋埋弧焊管焊縫中夾雜的差異源自于成型縫，一組的成型縫間距較大且外緊內(nèi)松，使得焊劑夾在了成型縫中間沒有充分熔化，進(jìn)而形成了焊縫夾雜。

3螺旋埋弧焊管焊縫夾雜解決措施

經(jīng)過以上分析得出在本次螺旋埋弧焊管生產(chǎn)過程中，螺旋埋弧焊管焊縫夾雜的主要原因在于成型縫間距較大且外緊內(nèi)松，因此只需保證在螺旋埋弧焊管成型穩(wěn)定和板邊形狀合格、不扭曲不錯邊的情況下將螺旋埋弧焊管的成型縫間距縮小，這樣焊劑就不會漏進(jìn)成型縫中形成夾雜。同時也要調(diào)整成型縫內(nèi)緊外松的狀況，制造些許噘嘴形狀，確保焊劑不掉進(jìn)成型縫中。也可以修正坡口角度，將坡口的角度銑小，這樣焊劑也不容易進(jìn)入成型縫中。

除了本次螺旋埋弧焊管生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的焊縫夾雜和氣孔問題，平時在螺旋埋弧焊管生產(chǎn)過程中也會因焊接材料、焊接工藝、板邊形狀和成型縫狀態(tài)等因素而產(chǎn)生夾雜和氣孔等質(zhì)量問題。因此需要從以下幾方面人手做好螺旋埋弧焊管焊縫夾雜和氣孔的防治工作。

一要確保帶鋼、焊絲等焊接材料的質(zhì)量，確保卷板表面整潔無污染和銹蝕，然后嚴(yán)格按照焊接規(guī)范對焊劑進(jìn)行烘干處理，確保焊劑干燥整潔、顆粒度均勻。二是要在對板邊進(jìn)行圓盤剪、刨邊和銑邊等工藝時避免人為硬彎，減少鋼板原材料的長寬及其傳遞過程中的位置變化，如果發(fā)生位置變化和尺寸變化就要及時調(diào)整立輥位置，確保帶鋼的邊角位置平整，避免出現(xiàn)擠厚問題，確保其穩(wěn)定成型，這樣才能確保成型縫的穩(wěn)定狀態(tài)。三是科學(xué)合理地設(shè)計調(diào)整圓盤剪刀間距和重合量，及時更換剪刀的刀刃，避免用鈍刃剪刀進(jìn)行剪切，總而言之確保圓盤剪能夠正常工作，使板邊的剪切平整，避免出現(xiàn)斜面、曲面和不平整面的問題，也可以通過調(diào)整焊墊輥的高度來避免出現(xiàn)成型縫外緊內(nèi)松的問題。四是在對螺旋埋弧焊管的生產(chǎn)焊接過程中，宜選擇合適的坡口形式和坡口角度，在工藝上要遵循先剪邊后銑邊或者向粗線后精銑的銑邊工藝，提高板邊的平整度，提高成型縫的穩(wěn)定性。五是在設(shè)置焊接工藝參數(shù)時要科學(xué)合理，多參照原先焊接工藝參數(shù)，這樣才能提高成型縫的質(zhì)量，避免出現(xiàn)又窄又深的成型縫根。在焊接過程中盡量選擇高線能量進(jìn)行，這樣可以放緩熔池冷卻速度，并在熔池金屬熔化時充分?jǐn)嚢瑁瑢⑷刍饘僦械臍怏w和反應(yīng)物攪拌處理，避免遺留在熔池熔化金屬中形成夾雜和氣孔。六是合理選擇焊點位置，盡量讓焊點遠(yuǎn)離咬合區(qū)，確保成型縫的穩(wěn)定，減少咬合區(qū)對成型縫的影響。同時合理選擇焊劑送入的時機(jī)和位置，盡量將焊劑供料口靠近焊點，這樣可以減少焊劑成型縫的概率。

4結(jié)論

螺旋埋弧焊管焊縫夾雜是螺旋埋弧焊管生產(chǎn)制造過程中最常見的質(zhì)量問題，造成螺旋埋弧焊管焊縫夾雜的原因多種多樣。本文通過一個螺旋埋弧焊管生產(chǎn)質(zhì)量問題案例引入對螺旋埋弧焊管焊縫夾雜的研究，通過兩組對比實驗來分析該焊接質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因，通過對焊接材料、焊接工藝和板邊形狀和成型縫狀態(tài)的層層比較，發(fā)現(xiàn)該螺旋埋弧焊管焊縫夾雜問題原因是一組螺旋埋弧焊管焊接成型縫間距較大且外緊內(nèi)松，通過調(diào)整成型縫間距，選擇合適的焊接位置避免焊劑掉入成型縫中即可解決問題。通過對本案例的分析，希望提高大家對螺旋埋弧焊管焊縫夾雜問題的認(rèn)識，了解螺旋埋弧焊管焊縫夾雜的原因和相對應(yīng)的解決方法，來提高螺旋埋弧焊管焊接質(zhì)量。