直縫埋弧焊鋼管焊縫缺陷生產(chǎn)的原因及解決方法

管線鋼屬微合金化控軋鋼，可焊性好，使用埋弧焊進(jìn)行焊接時，焊縫很少有裂紋出現(xiàn)，但在直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)過程中，某幾個規(guī)格的鋼管焊縫會檢測到橫向裂紋。這種鋼管長12m，壁厚10～30mm，直徑508～1422mm，采用JCO成型，CO2+Ar氣連續(xù)預(yù)焊進(jìn)行打底，3～4絲埋弧自動焊進(jìn)行內(nèi)外焊縫一次焊接成型，水柱式耦合超聲波自動探傷進(jìn)行檢測時，會在內(nèi)外焊縫上均發(fā)現(xiàn)過位于焊縫邊緣的橫向熱裂紋，從焊趾向焊縫中心開裂。

焊接應(yīng)力狀態(tài)對產(chǎn)生裂紋的影響從理論上分析，引起焊縫熱裂紋的原因有兩點：一是低熔點雜質(zhì)，二是焊接過程中的拉應(yīng)力。將低熔點雜質(zhì)銅的來源降到最低后仍有裂紋產(chǎn)生，需要從焊接應(yīng)力方面尋找解決辦法。鋼管生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的焊縫橫向裂紋的統(tǒng)計情況表明，裂紋的分布規(guī)律是：薄壁管和厚壁管較少、中間壁厚(12～16mm)較多；大管徑較少，小管徑較多。根據(jù)這個分布特點，對鋼管焊接應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析。

直縫埋弧焊管焊接時先進(jìn)行預(yù)焊，再進(jìn)行內(nèi)焊，最后進(jìn)行外焊。對不同管徑、不同壁厚鋼管內(nèi)焊時的焊接情況進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)：薄壁管內(nèi)焊時，焊縫背面紅線呈亮白色；厚壁管內(nèi)焊時，焊縫背面紅線呈暗紅色；中間壁厚管內(nèi)焊時，焊縫背面紅線亮度介于兩者之間。這種現(xiàn)象說明不同壁厚的鋼管內(nèi)焊時焊縫背面的溫度有較大差異，這個差異將引起在鋼管壁厚方向縱向應(yīng)力分布狀態(tài)不同。

鋼管焊接時的應(yīng)力分布與平板焊接時不同，鋼管縱向焊接時由于受到管體的拘束，產(chǎn)生的縱向拉應(yīng)力比平板焊接時大。當(dāng)焊縫冷卻時，在不考慮環(huán)境溫度影響的情況下，焊縫正面的冷卻速度大于焊縫反面的冷卻速度，當(dāng)焊縫反面冷卻到產(chǎn)生壓縮塑性變形的溫度區(qū)間時，反面的收縮將使焊縫正面產(chǎn)生彎曲變形，并在正面產(chǎn)生附加的縱向拉應(yīng)力，若焊縫正面的溫度仍處于固-液相間的脆性溫度區(qū)間，則在雙重拉應(yīng)力的作用下焊縫可能產(chǎn)生橫向裂紋，且由于彎曲變形的影響，越接近焊縫表面拉應(yīng)力值越大，這也是橫向裂紋出現(xiàn)在焊縫表面或加強(qiáng)焊縫內(nèi)的主要原因。

影響拉應(yīng)力大小的因素主要是焊接時焊縫正反兩面最高溫度和焊縫的冷卻速度。由于正面焊接熔池的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于金屬的熔點，焊縫反面的溫度遠(yuǎn)低于金屬的熔點，冷卻時焊縫正面的熱量通過熱傳導(dǎo)的方式傳遞給反面，所以焊縫反面的冷卻速度低于焊縫正面的冷卻速度。當(dāng)焊縫反面的溫度較高時，正反兩面接近于同時伸縮，產(chǎn)生的縱向拉應(yīng)力較小;當(dāng)焊縫反面溫度較低時，反面處于接近彈性變形狀態(tài)，能夠自由伸縮，產(chǎn)生的縱向拉應(yīng)力也較小;當(dāng)焊縫反面的溫度處于中間區(qū)域時，產(chǎn)生的縱向拉應(yīng)力較大，是比較容易產(chǎn)生橫向裂紋的區(qū)間。當(dāng)焊縫反面溫度高于T1低于T2時，焊縫反面的冷卻溫度曲線通過陰影部分即焊縫正面脆性溫度區(qū)與焊縫背面塑性溫度區(qū)相交的區(qū)域時，焊縫正面可能產(chǎn)生橫向裂紋;當(dāng)焊縫反面溫度低于T1或高于T2時，焊縫反面的冷卻溫度曲線不通過陰影部分即脆性溫度區(qū)與塑性溫度區(qū)相交的區(qū)域時，焊縫正面不會產(chǎn)生橫向裂紋。