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(shí)，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(gè)規(guī)格的鋼管焊縫會(huì)檢測(cè)到橫向裂紋。這種鋼管長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)探傷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)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(duì)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(diǎn)：一是低熔點(diǎn)雜質(zhì)，二是焊接過程中的拉應(yīng)力。將低熔點(diǎn)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(jì)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(gè)分布特點(diǎn)，對(duì)鋼管焊接應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析。

直縫埋弧焊管焊接時(shí)先進(jìn)行預(yù)焊，再進(jìn)行內(nèi)焊，最后進(jìn)行外焊。對(duì)不同管徑、不同壁厚鋼管內(nèi)焊時(shí)的焊接情況進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)：薄壁管內(nèi)焊時(shí)，焊縫背面紅線呈亮白色；厚壁管內(nèi)焊時(shí)，焊縫背面紅線呈暗紅色；中間壁厚管內(nèi)焊時(shí)，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(shí)焊縫背面的溫度有較大差異，這個(gè)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(shí)的應(yīng)力分布與平板焊接時(shí)不同，鋼管縱向焊接時(shí)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(shí)大。當(dāng)焊縫冷卻時(shí)，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(shí)，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(shí)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(diǎn)，焊縫反面的溫度遠(yuǎn)低于金屬的熔點(diǎn)，冷卻時(shí)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(shí)，正反兩面接近于同時(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，焊縫正面不會(huì)產(chǎn)生橫向裂紋。