 厚壁直縫埋弧焊鋼管加工生產(chǎn)
厚壁直縫埋弧焊鋼管五絲埋弧焊工藝和射線常見缺陷
厚壁直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)過程中，五絲埋弧焊一直是焊接工藝研究的熱點(diǎn)。目前，世界上只有少數(shù)國家掌握了這種先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)。五絲埋弧焊采用5個(gè)電源分別對(duì)沿焊接縱向排列的5根焊絲單獨(dú)供電，焊絲在焊劑層下的一個(gè)共有熔池內(nèi)燃燒，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大口徑厚壁埋弧直縫鋼管的焊接。由于五絲焊電弧多，電流大，熔池長(zhǎng)，因此具有熱輸入大、熔敷效率高、冶金反應(yīng)充分、焊接速度快等優(yōu)點(diǎn)。為了提高厚壁直縫焊管生產(chǎn)的焊接效率，滿足市場(chǎng)對(duì)大直徑、大壁厚、高強(qiáng)度、高韌性焊管在油氣輸送管線中的需求，公司在原三絲焊工藝的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了五絲埋弧焊焊接工藝。
在大口徑厚壁埋弧直縫鋼管五絲埋弧焊工藝開發(fā)項(xiàng)目中，存在AC電弧間電磁干擾明顯、可調(diào)參數(shù)多、工藝控制要求嚴(yán)格等難點(diǎn)。具體表現(xiàn)在焊接電源的配置與連接、焊絲空間位置的設(shè)置、焊接參數(shù)的選擇、焊絲直徑的組合及焊劑的選用等方面。其中焊接電源配置、焊絲空間位置的設(shè)計(jì)以及焊接參數(shù)的選擇是工藝開發(fā)的重點(diǎn)，其關(guān)健的技術(shù)問題是選擇合理的電源連接方式以及眾多可變參數(shù)的合理組合。
在大口徑厚壁直縫埋弧鋼管多絲焊(如三絲焊)中，前置焊絲為DC電源時(shí)的焊縫熔深比AC電源時(shí)的大，因而多絲焊一般均采用DC-AC混合電源配置。五絲埋弧焊是在三絲埋弧焊的基礎(chǔ)上添加了兩個(gè)AC電源焊絲而構(gòu)成，即DC-AC-AC-AC-AC混合電源配置。但在多絲焊中，AC焊絲數(shù)目越多，其電弧間的磁干擾消除也越困難。為此筆者進(jìn)行了大量的焊接試驗(yàn)，通過改變AC電源的連接，使電流相位差90°，可有效地消除AC電弧間的磁影響，使電弧穩(wěn)定燃燒。
直縫埋弧焊鋼管焊絲傾斜方向和傾斜角度的大小，對(duì)焊縫熔深和焊縫成形有較大影響。焊絲向前傾斜比向后傾斜時(shí)的熔深大，而向后傾斜比向前傾斜時(shí)的焊縫寬。為了進(jìn)一步增加焊縫熔深和改善焊縫成形，將五絲埋弧焊的1絲(DC)設(shè)置為前傾，后隨的4個(gè)絲(AC)設(shè)置為依次過渡到后傾，并依次增大后傾角。經(jīng)過大量的焊接試驗(yàn)，優(yōu)化出各絲的傾斜角度如圖1所示：1絲前傾角10°～20°，2絲前傾角0°～10°，3絲后傾角5°～15°，4絲后傾角18°～28°，5絲后傾角30°～40°，并匹配適宜的焊接工藝參數(shù)，可獲得良好的焊縫形貌。
需要指出的是，1絲前傾角和5絲后傾角不宜過大。1絲前傾角過大對(duì)焊縫熔深有一定的影響；5絲后傾角過大，導(dǎo)電嘴底部易與液態(tài)熔渣形成”電弧”，影響焊接過程的穩(wěn)定性。
焊絲間距對(duì)焊接過程有較大的影響，在焊接電流不變的情況下，間距越小熔深越深[1]，形成的焊縫窄而高。間距過小焊縫易燒穿，間距過大會(huì)影響電弧的穩(wěn)定性及焊縫成形。為了避免上述的不利因素，根據(jù)三絲埋弧焊工藝，將五絲埋弧焊的間距設(shè)置為1～4絲間距相等，4～5絲間距增大(也可按依次增大的方式設(shè)置)，并通過焊接試驗(yàn)優(yōu)化出間距在15～30mm，匹配適宜的焊接參數(shù)，可獲得穩(wěn)定的焊接過程。1.2.3焊絲伸出長(zhǎng)度
焊絲伸出長(zhǎng)度主要影響焊縫余高和熔合比。焊絲伸出長(zhǎng)度增加，焊縫余高增大，熔深減小；反之亦然，若焊絲伸出長(zhǎng)度過短，導(dǎo)電嘴容易粘渣，進(jìn)而導(dǎo)電嘴與導(dǎo)電嘴之間易產(chǎn)生”電弧”而影響正常電弧的穩(wěn)定燃燒。經(jīng)焊接試驗(yàn)得出，五絲埋弧焊的焊絲伸出長(zhǎng)度一般取9d～11d(d為焊絲直徑)較為適宜。
不同直徑的焊絲有各自適應(yīng)的電流范圍。高出此范圍，薄壁直縫焊鋼管焊絲熔化量增多，會(huì)影響熔深和焊縫形貌；低于此范圍，電弧自身調(diào)節(jié)作用受到影響而使電弧不穩(wěn)定。因而五絲埋弧焊焊絲直徑應(yīng)主要根據(jù)焊接電流來選擇。厚壁焊接鋼管五絲埋弧焊1絲(前絲)的電流最大，一般超過1000A，最大可達(dá)1200A以上；而5絲(最后絲)的電流最小，一般在700A以下；其最大電流與最小電流之差在400A以上。若5根絲的電流均在同一焊絲直徑的電流范圍內(nèi)，可選用一種直徑的焊絲進(jìn)行焊接，反之則選擇不同直徑的焊絲組合較好。
焊接電流和電弧電壓對(duì)焊縫形狀和焊接質(zhì)量有著重要的影響，是五絲埋弧焊重要的焊接參數(shù)。根據(jù)三絲埋弧焊工藝，五絲焊的焊接電流和電弧電壓也是按照1絲大電流、小電壓逐步過渡到5絲小電流、大電壓的方式進(jìn)行設(shè)置的。1絲的電流在焊接電源容量許可的情況下，盡可能選擇大電流，以保證在獲得足夠熔深的情況下有較高的焊接速度。后隨4根焊絲的電流按前一絲電流的70%～90%比例進(jìn)行選擇，坡口較大需要較多的焊絲熔敷金屬時(shí)，選擇比例上限；若需降低焊縫余高減少熔敷金屬量時(shí)，選擇比例的下限。
在保證電弧穩(wěn)定燃燒的情況下，1絲應(yīng)盡可能選擇較小電壓，以增加1絲電弧的熔深，經(jīng)焊接試驗(yàn)優(yōu)化，一般在31～34V范圍內(nèi)較佳，焊接電流較大或焊絲較粗時(shí)可選擇上限，反之選擇下限；后隨4根焊絲的電壓按依次增大1～3V進(jìn)行選擇，5絲的電弧電壓一般在39～43V范圍內(nèi)。
大口徑厚壁埋弧鋼管五絲埋弧焊適合于厚壁開坡口工件的焊接，其焊接速度主要取決于熔深和坡口內(nèi)填充的熔化金屬量，熔深和坡口內(nèi)金屬填充量又取決于焊接電流和坡口形式與尺寸。因此選擇五絲埋弧焊焊接速度時(shí)，應(yīng)根據(jù)板厚、焊接電流和坡口形式與尺寸等綜合因素來確定。
由于五絲埋弧焊的焊絲數(shù)目多、熱輸入大、焊接速度快等因素，一方面使焊縫氧含量增多，引起焊縫韌性下降；另一方面由于五絲焊的熔池尺寸大，高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，熔化金屬在重力作用下容易流動(dòng)，使焊縫扁平。因而從提高焊縫韌性和保證焊縫良好形貌的角度考慮，五絲埋弧焊應(yīng)選擇熔點(diǎn)較高、具有一定黏度的高堿型焊劑。
五絲埋弧焊電弧燃燒的空間較大，熔化的焊劑量也較多，約為三絲焊的1.1～1.4倍。焊劑顆粒增大將進(jìn)一步增大電弧燃燒空間，這將使焊劑消耗量進(jìn)一步增加，同時(shí)也使焊縫熔寬增大，熔深和余高減小。另外，由于熔化的焊劑量較大，需要堆積的焊劑也較高，一般為45～55mm。若堆積高度較低，電弧外露，焊縫易產(chǎn)生氣孔，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)電嘴容易粘渣和燒結(jié)。
綜上所述，五絲埋弧焊應(yīng)選用顆粒細(xì)、熔點(diǎn)高、黏度適中、穩(wěn)弧性好的高堿型焊劑。
直縫鋼管射線常見缺陷分析：
常見的埋弧厚壁直縫鋼管焊接缺陷有焊縫尺寸不符合要求、咬邊、燒穿、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合及裂紋等。在射線探傷底片評(píng)定時(shí)，它們?cè)诘灼铣霈F(xiàn)的位置，表現(xiàn)的影像有一定的特點(diǎn)。
厚壁直縫埋弧鋼管常見焊接缺陷：
氣孔
氣孔是指焊接時(shí)熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能及時(shí)逸出而殘留下來所形成的空穴。在焊縫中常見的氣孔分為球狀氣孔分為球狀氣孔、條形氣孔和縮孔。
球孔在底片上多呈現(xiàn)為黑色圓點(diǎn)，輪廓比較圓滑，中心黑度較大，沿邊緣漸淡。有的單個(gè)分散出現(xiàn)，有密集成群，還有的平行于焊縫軸線成鏈狀分布。
條狀氣孔分為沿焊縫方向的條孔和沿結(jié)晶方向的斜針狀氣孔。前者多平行于焊縫軸線，黑度均勻較淡，輪廓清晰，起點(diǎn)多為圓形，并沿焊縫方向逐漸均勻變細(xì)，終端呈尖形。后者有時(shí)單個(gè)出現(xiàn)，有時(shí)呈禮花狀彌散分布。其影像特點(diǎn)是一端保持著氣孔的半圓形，一端呈尖狀，其寬度逐漸變窄，黑度淡而均勻，多沿結(jié)晶方向斜向分布，有時(shí)呈”八”字形分布的特點(diǎn)。
縮孔按其成因分為晶間縮孔和弧坑縮孔。晶間縮孔是焊縫冷卻過程中，殘留氣體在枝晶間形成的長(zhǎng)條形縮孔，這種氣孔垂直于焊縫表面，在底片上多呈現(xiàn)為較大黑度的圓點(diǎn)或長(zhǎng)圓形影像，又叫針孔。針孔危害性較大，容易導(dǎo)致泄漏?；】涌s孔又稱為火口縮孔。主要焊縫的末端未填滿，而在的后續(xù)的焊接操作中未消除而形成的縮孔。在底片上表現(xiàn)為黑色淺淡影像中有一黑度明顯大于周圍黑度的塊狀影像。黑度均勻，輪廓不是很清晰，外形不規(guī)則有收縮的線紋。
夾渣
夾渣是指殘留在焊縫金屬中的熔渣，即由于焊接冶金過程中熔池中一些非金屬夾雜物在結(jié)晶過程中來不及浮出而殘存在焊縫內(nèi)部。
按其開關(guān)分為點(diǎn)狀、塊狀和條狀，按其成分可分為金屬夾渣和非金屬夾渣。點(diǎn)狀和塊狀?yuàn)A渣都作為圓形缺陷來評(píng)定。在底片上呈現(xiàn)為輪廓清晰，有棱角，黑度淡而均勻的不規(guī)則形狀。有的單個(gè)出現(xiàn)，有的密集分布。條狀?yuàn)A渣在底片上呈現(xiàn)出不規(guī)則的，兩端有棱角，寬窄不一的黑色長(zhǎng)條狀影像，黑度不均勻，輪廓較清晰。這種夾渣有時(shí)伴隨未熔合同時(shí)存在。
未焊透
厚壁埋弧直縫鋼管未焊透是指焊接時(shí)接頭根部未完全熔透而留下的部分。按焊接方式不同可將未焊透分為單面焊根部未焊透，雙面焊根部未焊透以及帶襯墊的焊根未焊透。
單面焊根部未焊透在底片上多呈現(xiàn)為規(guī)則的，輪廓清晰，黑度均勻的直線狀黑線條。有連續(xù)的，也有斷續(xù)的。多位于焊縫影像中心軸線上，線條兩側(cè)有時(shí)可見鈍邊加工痕跡。影像寬度大致與焊根間隙相同，常伴隨隨根部?jī)?nèi)凹、錯(cuò)口影像同時(shí)產(chǎn)生。
雙面焊根部未焊透一般為較細(xì)的黑色直線，多位于焊縫中心，如果透照射線非垂直照射焊縫，影像可能偏移一邊。影像輪廓清晰，黑度均勻，有斷續(xù)和連續(xù)之分，有時(shí)能貫穿整張底片。
帶熱板的焊根未焊透常出現(xiàn)在鈍的一側(cè)或兩側(cè)，外形較規(guī)則，靠鈍邊一側(cè)保留鈍邊加工痕跡，呈直線狀，靠焊縫中心一側(cè)多呈曲齒狀。影像黑度均勻輪廓清晰。
如果焊縫坡口為氣割坡口，這種坡口產(chǎn)生的未焊透邊緣呈現(xiàn)不規(guī)則的鋸齒狀，總體仍是直線狀。
結(jié)論：
(1)五絲埋弧焊采用DC+4AC電源配置，通過改變AC電源連接方式，使電流相位差90°，可有效地消除AC電弧間的磁影響。
(2)5根絲的設(shè)置，按1絲前傾，后隨4根絲依次逐步過渡到后傾的方式排列，1絲前傾角一般不超過25°、而5絲后傾角不超過40°時(shí)較好。焊絲間距按1～4絲間距相等而4～5絲間距稍大或1～5絲依次增大的方式進(jìn)行設(shè)置，各絲間距在15～30mm時(shí)，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫形貌較好。焊絲伸出長(zhǎng)度比三絲焊時(shí)要長(zhǎng)，一般取9d～11d較佳。五絲埋弧焊的焊絲直徑應(yīng)根據(jù)焊接電流來選取，當(dāng)5根焊絲的電流均在同一焊絲直徑的適應(yīng)電流范圍內(nèi)時(shí)，可采用相同直徑的焊絲組合焊接。
(3) 大口徑埋弧直縫鋼管五絲埋弧焊的焊接電流和電弧電壓的設(shè)置，可按1絲大電流、小電壓逐步過渡到5絲小電流、大電壓。其電流的降幅一般按前一絲的10%～30%逐步降低，電弧電壓的升幅按1～3V逐步增大。1絲的電壓應(yīng)選擇在31～34V，5絲的電壓在39～43V，可取得良好的焊接效果。
(4)經(jīng)過工業(yè)試驗(yàn)，厚壁管五絲埋弧焊焊速比三絲焊可提高70%以上。
(5)五絲焊比三絲焊多消耗焊劑10%～40%，堆積高度一般在45～55mm。應(yīng)選用顆粒細(xì)、熔點(diǎn)高、黏度適中、穩(wěn)弧性好的高堿型焊劑。
(6) 直縫鋼管五絲埋弧焊工藝已在大直徑、厚壁直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)中成功應(yīng)用。
河北龍馬鋼管制造股份有限公司專業(yè)生產(chǎn)埋弧鋼管，直縫鋼管，大口徑鋼管，厚壁鋼管，鋼管，雙面埋弧焊直縫鋼管，大口徑高頻直縫鋼管，大口徑厚壁直縫焊管，API管線鋼管，短螺紋石油套管等鋼管產(chǎn)品，多年來致力于鋼管行業(yè)的生產(chǎn)和研發(fā)，有著豐富的生產(chǎn)技術(shù)和優(yōu)秀的生產(chǎn)設(shè)備，是河北省較為優(yōu)秀的直縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)。 |
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