1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。doc 淺談螺旋埋弧焊鋼管的焊縫外觀形狀控制標簽:標題淺談螺旋埋弧焊鋼管的焊縫外觀形狀控制?52?焊管?第29卷第2期?2006年3月淺談螺旋埋弧焊鋼管的焊縫外觀形狀控制羅天寶,喬曉堂(勝利鋼管有限公司,山東淄博255082)摘要:分析了焊縫余高,焊縫寬度,焊縫過渡角,焊縫均勻性等焊縫外觀形狀的主要幾何參數及其控制要求,并通過對鋼管螺旋縫焊接和焊縫成型特點的分析,闡明了焊縫外觀形狀控制的難點.指出了焊縫外觀形狀常見問題的產生原因和防止措施,對生產實踐有一定的指導意義.關鍵詞:螺旋埋弧焊鋼管;埋弧自動焊;

2、焊縫外觀形狀中圖分類號:TG44文獻標識碼:B文章編號:1001-3938(2006)020o52040前言螺旋縫埋弧焊鋼管焊縫的內在質量隨著焊接材料的發展和焊接工藝的進步已得到了較好的保證,完全可以滿足產品標準的要求,但焊縫的外觀質量與客戶對鋼管質量日益嚴格的要求相比還有一定的差距.特別是隨著3PE防腐技術在螺旋縫埋弧焊鋼管上的應用,客戶對焊縫的外觀形狀提出了更高的要求,因為不良的焊縫外觀形狀將對鋼管的防腐質量和成本產生嚴重影響.此外,不良的焊縫外觀形狀對,GB/T9711.21999等螺旋埋弧焊鋼管標準中,對焊縫余高要求最嚴格的是GB/I9711.21999標準,該標準對焊縫余高的規定是:

3、當鋼管壁厚r,15mm時,內,外焊縫余高均3mm;當鋼管壁厚T>15mm時,內焊縫余高3mm,外焊縫余高4mm.而且除修磨咬邊外,焊縫余高不得低于鋼管輪廓.但是,許多用戶都對焊縫余高提出了更嚴格的附加要求.例如在西氣東輸工程用螺旋縫埋弧焊鋼管技術條件中,對西1016mm×14.6mm和1016mm×17+5mm兩種鋼管都規定了內焊縫余高3mm,外焊縫余高2.5mm的嚴格要求.對螺旋埋弧焊鋼管焊縫余高的控制,主要應防止焊縫余高超高,同時也應防止因焊縫”馬鞍形”過大,焊縫凹陷引起的焊縫高度低于鋼管表面輪廓的現象.尤其需要引起重視的是,在焊縫余高符合產品驗收標準要求

4、情況下的焊縫中間“脊棱”問題.因為這種焊縫會在防腐時嚴重降低鋼管焊縫處的防腐層厚度.1.2焊縫寬度焊縫寬度是決定焊縫外觀形狀的另一個主要第29卷第2期羅天寶等:淺談螺旋埋弧焊鋼管的焊縫外觀形狀控制參數,它和焊縫余高決定了焊縫的基本形狀.現行的螺旋埋弧焊鋼管標準都未對焊縫寬度做出明確要求.可以參考JB/T79491999(鋼結構焊縫外形尺寸標準的規定,對于I形焊縫,將鋼管的焊縫寬度限制在6+8mm到6+28mm之間(6為對縫間隙);對于開坡口的焊縫,焊縫寬度限制在g十4mm到g十14mm之間(g為坡口最大寬度).在確定焊縫寬度時主要應考慮以下幾個因素:首先應保證焊縫的充分熔合,特別是保證在焊縫有

5、少量焊偏情況下的充分熔合,為此要求焊縫有一定的寬度;其次是應該保證焊縫與母材的平緩過渡,避免出現窄而高的焊縫,為此需要焊縫寬度和焊縫高度保持一個適當的比例,將焊縫的高度系數(焊縫寬度和焊縫高度之比)控制在一定的范圍內.一般焊縫的高度系數應不小于48;第三,保持一定的焊縫成型系數(焊縫寬度和熔深之比),避免出現窄而深的焊縫,防止焊縫產生裂紋,氣孔和夾渣等內部缺陷;第四,在滿足以上要求的情況下,也不應一味加大焊縫寬度,因為這樣一方面會增加焊絲,焊劑等焊接材料的消耗,此外也容易導致焊縫產生氣孔,咬邊等缺陷.因此,在確定焊縫寬度時需要和焊縫余高,焊縫熔深等一起綜合考慮,以使焊縫獲得良好的外觀和橫截面形

6、狀為基本原則.1.3焊縫過渡角焊縫過渡角即焊縫與母材之間的夾角,是表示焊縫與母材過渡情況的參數,過渡角越大,焊縫與母材過渡越平緩.反之亦反.對于焊縫與母材的過渡情況,現行的螺旋埋弧焊鋼管產品標準都只定性要求”鋼管焊縫與母材過渡平緩”,而沒有對焊縫的過渡角大小提出定量要求.在顧客對鋼管的附加技術要求中,也未見有對焊縫過渡角提出明確規定的.但是,焊縫與母材過渡的不好是螺旋埋弧焊鋼管的主要薄弱環節之一,因此,保證焊縫與母材盡可能平緩過渡對提高鋼管質量有重要意義,應引起足夠重視.以筆者的生產經驗,要充分保證焊縫與母材的平緩過渡,應將焊縫的過渡角控制在不小于135.,最好不小于150.1.4焊縫的均勻性

7、焊縫的均勻性是指焊縫外觀形狀的連續一致性,包括焊縫寬度的一致性和焊縫高度的一致性.對于焊縫的均勻性,現行的螺旋埋弧焊鋼管產品標準都沒有明確要求.雖然JB/1_79491999(鋼結構焊縫外形尺寸標準對埋弧焊縫外形的均勻性有規定,但對于螺旋埋弧焊鋼管來說該標準的要求偏松,如果只滿足于符合該標準,難以保證焊縫的均勻美觀.根據螺旋埋弧焊鋼管生產經驗,應將同一根鋼管的焊縫高度差控制在不超過1mm;將同一根鋼管上焊縫的寬度差控制在不超過2mm,同時將任意50mm長度范圍內的焊縫寬度差控制在不超過1mm.這樣才能保證焊縫基本美觀.2螺旋埋弧焊鋼管焊接和焊縫成型特點螺旋埋弧焊鋼管的焊縫包括內焊縫和外焊縫.下

8、面根據國內常見的上卷式成型的鋼管埋弧自動內焊和外焊過程(圖2),來分析螺旋埋弧焊鋼管的焊接和焊縫成型特點.圖2焊接位置示意圖2.1螺旋埋弧焊鋼管的焊接特點(1)鋼管的內焊縫焊接和外焊縫焊接是在鋼管做螺旋狀旋轉的過程中同時完成的.焊接過程接近于環焊縫焊接,但又有橫焊縫的焊接特點.由圖2可以看出,由于鋼管成型的原因,鋼管的內焊也一般采用下坡焊,使得內焊縫的熔池無法實現在水平位置的凝固,只能在有坡度的鋼管內表面凝固,給鋼管的內焊縫成型增加了難度.(2)焊接速度比較快.例如對于外徑不小于426mm,壁厚為8mm的螺旋埋弧焊鋼管,不少工廠的焊接速度已經達到了1.82.0m/min.在高速焊接的情況下,鋼

9、管的液態熔池金屬必須在高速旋轉的鋼管上完成結晶過程,使焊縫成型條?54?焊管2006年3月件惡化.(3)焊縫質量與鋼管的成型質量有較大的關系.鋼管成型過程中的管徑變化,橢圓度,錯邊,擠厚,噘嘴,以及成型縫間隙變化,大橋擺動等,會導致焊接過程的不穩定和焊接參數的變化,引起焊縫形狀變化.在生產中經常會看到在焊接參數未做調整的情況下焊縫形狀突然變壞的情況,這常常是由于鋼管的成型不佳,成型縫或鋼管幾何形狀發生較大變化而引起的.2.2螺旋埋弧焊鋼管的焊縫成型特點(1)由于鋼管內焊縫和外焊縫是下坡焊,若焊點偏心距過大,相當于下坡焊的工件傾角變大,容易形成中間低兩邊高的所謂”馬鞍形”焊縫.焊點偏心距越大,焊

10、縫的”馬鞍形”越嚴重.相反,如外焊下坡焊的焊點偏心距過小,則液態熔池金屬在經過鋼管的最高點時仍未完全完成結晶過程,焊縫中間液態金屬會向熔池尾部流動,使焊縫中間增高,形成余高過大或中間有”脊棱”的焊縫.(2)由于焊縫是螺旋狀,在重力作用下熔池金屬會向焊縫下邊一側流動,形成一邊高一邊低的”偏流”焊縫,這種焊縫下邊一側過渡較差.3螺旋埋弧焊鋼管常見焊縫外觀形狀問題的產生原因和防止措施3.1焊縫余高過大和焊縫”脊棱”焊縫余高過大的根本原因是單位長度,單位寬度焊縫上堆積了過多的熔化金屬所致.具體原因主要有:焊接規范搭配不當,電流過大,電壓過小以及焊速過慢;焊點位置不當,焊點偏心距過小,液態熔池金屬流向熔

11、池尾部,導致焊縫高度增大,特別是焊縫中間的余高增大,形成焊縫”脊棱”;焊絲后傾角過大,使熔池金屬劇烈后排;雙絲焊的前,后焊絲間距過小.防止措施:通過工藝試驗確定合理的焊接規范匹配;合理調整焊點位置,焊絲傾角和焊絲間距等工藝參數;厚壁鋼管采用開坡口的焊接工藝,可有效降低焊縫余高.3.2焊縫”馬鞍形”太大焊縫”馬鞍形”長期以來一直是螺旋埋弧焊鋼管一個比較典型的問題,在鋼管的內焊縫上表現得尤為突出.其產生的最主要原因是下坡焊時的鋼管焊點偏心距過大.對于開坡口的焊縫,坡El深度和角度過大也是焊縫產生”馬鞍形”的主要原因.防止措施:采用盡可能小的焊點偏心距.當下坡焊的焊件傾角大于4.時,焊縫就會出現馬鞍

12、形,由此可推導出,對于半徑為R的鋼管,要使焊縫不出現馬鞍形,至少必須使焊點的偏心距<Rsin4.,即.廠偏O.07R,考慮到鋼管在生產過程中是不斷旋轉的,內焊的焊點偏心距比此計算值還應更小,而外焊的焊點偏心距比此計算值可更大一些;采用較低的焊速和焊接電壓,有利于防止和減小焊縫”馬鞍形”;綜合考慮,合理選擇坡口形狀.另外,在焊縫表面不低于母材的情況下,只要將焊縫”馬鞍形”的深度控制在一定的范圍內,例如深度不超過1mm,則鋼管的內焊縫不一定要求消除馬鞍形,而應將重點放在控制馬鞍形焊縫與母材金屬的過渡上.只要焊縫整體均勻,與母材過渡平緩,則允許內焊縫存在一定的馬鞍形.3.3焊瘤焊瘤是指

13、焊縫表面的局部凸起現象.其產生的主要原因有:焊接過程中的焊接規范搭配不當;焊劑性能不好,粘度過大的焊劑容易產生焊瘤現象;焊接時使用的焊劑不干凈,焊劑中含有氧化鐵,焊絲頭等雜物,使焊縫局部熔化金屬增加,造成焊瘤.防止措施:選擇合適的焊接規范,焊接電流和電壓應合理匹配,避免出現焊接電流過大而焊接電壓過小的情況;選用優質的焊劑,并保證焊劑使用過程的清潔.3.4焊縫表面壓坑焊縫表面壓坑是由于焊接時熔池和熔渣界面處的氣泡對即將凝固的熔池金屬的壓力而產生的.具體原因有:焊縫附近或焊絲上有較多的油,銹和水,導致焊接時產生大量氣體;焊劑在使用前未按規定烘干以及焊劑較臟,有較多的雜物;焊劑比重大,熔渣粘度大以及

14、焊劑的堆積高度大,使焊接時產生的氣體難以及時排出.防止措施:選用比重輕,粘度小的燒結焊劑,使用前保證焊劑的烘干和清潔,使用中在不明弧的前提下盡可能減少焊劑堆積高度;徹底清第29卷第2期羅天寶等:淺談螺旋埋弧焊鋼管的焊縫外觀形狀控制除焊件和焊絲表面的油,銹和水.3.5焊縫”偏流”焊縫”偏流”產生的主要原因是:焊點位置不當,焊點偏心距過大或過小;焊接速度過快,導致液態熔池未結晶就處于較大的坡度位置;焊劑送給位置不正確,焊劑對熔池的壓力不對稱.防止措施:根據管徑大小和焊接規范合理選擇焊點位置,盡可能使熔池在接近水平的位置完成結晶過程;以正確方式送給焊劑,減少焊劑送給過程中焊劑對熔池的沖擊,焊劑碗最好

15、做成上大下小的形狀,以盡可能減少焊劑碗內熔池前部的焊劑流動.3.6焊縫與母材過渡不平緩焊縫與母材過渡不平緩分兩種情況.一種是因焊縫余高過大引起的過渡不平緩,其產生的主要原因是焊接參數選擇不當,如焊接電流過大,電壓過低,焊接速度過快,焊絲后傾角度過大,焊點偏心距過小等,產生細而高的”麻桿”形焊縫;另一種是在焊縫余高不大的情況下,因焊縫過渡角過小而產生的焊縫與母材過渡不平緩,其產生的原因一是焊點偏心距不當而導致焊縫”偏流”,二是由于液態金屬和焊劑熔渣的表面張力較大,導致焊縫與母材過渡不平緩.此外,焊劑的質量密度,顆粒度及焊接時的堆積高度,焊劑的熔渣粘度等也對焊縫與母材的平緩過渡有重要影響.防止措施

16、:選擇合適的焊劑,保證焊劑顆粒大小適度且均勻,焊接時在保證不出現明弧的情況下盡量降低焊劑的堆積高度,同時保證焊劑清潔;尋找最佳的焊接規范匹配,采用較低的焊速,較小的焊接電流,配合適當的焊接電壓,有利于得到高度低而過渡平緩的焊縫形狀;合理調整焊絲傾角和焊點位置,避免焊縫”偏流”.在厚板的焊接中,采取開坡口的方法,可以有效改善焊縫與母材的過渡.3.7?焊縫形狀不均勻或”鋸齒形”焊縫焊縫形狀不均勻的主要原因有:由于焊接送絲機構機械故障,送絲輪磨損,焊絲硬彎等引起送絲不均勻,焊接時出現”打點”或焊縫”夾腰”現象;由于焊接機頭剛性不足或連接松動,機頭在焊接時發生顫動,引起焊縫形狀變化;由于導電嘴磨損,導

17、致焊接時焊接電流變化,引起焊縫尺寸的變化;由于鋼管成型不良,如管徑變化,鋼管橢圓,成型縫錯邊或噘嘴,成型縫問隙變化,大橋擺動等,使得焊接過程不穩定而引起焊縫形狀不均勻;在其他條件相同的情況下,當焊接電壓較大時,由于電弧的挺度變差,飄移增加,導致焊縫寬度不均勻;電弧磁偏吹引起的電弧擺動.在焊接時,有時還會出現焊縫寬度在短時間內頻繁變化的”鋸齒形”焊縫,使焊縫形狀嚴重惡化.其產生的原因有:焊點偏心距過大或過小,使焊縫產生單邊”鋸齒形”;如果焊接時焊劑的送給位置不當,焊劑堆積高度過大,會給液態熔池產生較大的沖擊力和壓力,造成”鋸齒形”焊縫.提高焊縫均勻性的措施有:搞好設備維護,防止由于焊接送絲不穩,導電嘴磨損,焊接機頭不穩等引起的焊縫不均;提高鋼管的成型質量,防止因鋼管幾何形狀變化導致的焊縫形狀變化;使焊點位置和焊劑送給位置保持在最佳狀態;合理確定焊接規范,并保持焊接過程的穩定;防止和減少磁偏吹.4結語從以上分析可以看出,雖然和一般的焊接結構相比,螺旋埋弧焊鋼管的螺旋焊縫要獲得優質的焊縫外觀形狀困難會更大一些,但通過合理選擇和使用焊接材料,制定最佳的焊接工藝參數,保證鋼管的成型穩定,螺旋埋弧焊鋼管完全可以獲得高度低,與母材過渡平緩,整齊