ERW焊管焊缝冲击韧性的影响因素分析

1、68焊管第31卷第3期2008年5月经验交流ERW焊管焊缝冲击韧性的影响因素分析袁大伟(攀钢集团北海钢管有限公司,广西北海536005)摘要:ERW焊管焊缝的冲击韧性是衡量其焊接质量的一个重要指标,指出了提高原材料的纯净度、选用合理的热处理温度可以提高焊缝的冲击韧性;通过分析焊缝金属流线参数对焊缝的冲击韧性的影响,说明合理的焊接工艺对提高焊缝冲击韧性有十分重要的作用;对试验中出现误差的原因也进行了简要的分析。关键词:ERW焊管;焊缝;冲击韧性;金属流线;熔合线;正火中图分类号:TG113.25文献标志码:B()030引言,使我国乃至世。随着油气管线输送压力的不断提高,对油气输送管线钢管的焊接质

2、量提出了更高的要求。通过冲击试验检测ERW焊管焊缝冲击韧性是检验焊接质量的方法之一,笔者从几个方面分析了影响ERW焊管焊缝冲击韧性的因素,对生产实践有一定的指导作用。,部分形成脆性很大的化合物,从而使钢在室温下的塑性、韧性急剧下降。Si大部分溶于铁素体中,使其强化,从而提高了钢的强度、硬度、弹性极限,相应降低了塑性、韧性。Mn溶于铁素体中降低了钢的脆性,Mn的质量分数为1%1.5%时可改善钢的冲击韧性。1.2夹杂物钢中存在的夹杂物降低了钢的冲击韧性。氧化物夹杂(如Fe3O4,FeO,MnO,SiO2和Al2O3等)对钢的疲劳强度影响很大,当焊缝金属的熔点低于氧化物夹杂的熔点时,氧化物就难于排出

3、而残留于焊缝中。1管线钢原材料对焊缝冲击韧性的影响1.1化学成分2焊接工艺对焊缝冲击韧性的影响焊接工艺对焊接质量的影响表现在调节热输入能量、焊接挤压力、焊接速度、开口角、管坯边缘形状、电极或感应器以及阻抗器的放置位置等。高频焊接金属流线可直观地反映焊接工艺的整体情况,所以,分析和研究金属流线对生产实践具有很好的指导作用。2.1熔合线管线钢的主要成分是Fe,C和合金元素,还存在S和P等杂质元素,其中尤以C和S对冲击韧性的影响最大。随着C含量增加,钢中珠光体含量相应增加,由于珠光体含有大量脆性的片层状渗碳体,因而冲击韧性较差。所以,低碳钢比高碳钢的冲击韧性要好。S在钢中常以化合物FeS的形式存在,

4、并和Fe形成熔点(985)较低的FeS+S二元共晶体分布在晶界处。因此,当钢在10001200进行热加工时,由于晶界上的低熔合线是焊接时两板边金属同时被加热到高温(1400),表面C元素被烧损或富C液相(含C,S和Mn等)被挤出而形成的亮线。经5%熔点共晶体熔化,从而使钢材沿晶界开裂。P在钢中部分溶入铁素体中,使铁素体的强度、硬度提第31卷第3期袁大伟:ERW焊管焊缝冲击韧性的影响因素分析69的苦味酸溶液热腐蚀后呈明显亮白色。熔合线形态和宽度,与焊接时线能量的高低、成型挤压力的不良形态粗大熔合线细小熔合线不规则熔合线有“氧化物夹杂”或“灰斑”的熔合线产生原因大小、焊接速度等参数关系密切,是衡量

5、焊接质量的重要标志。熔合线的几种不良形态见表1。不良结果常在熔合线中心产生明显“灰斑”或“氧化物夹杂”焊缝易产生“冷焊”和压扁试验不合格有朝不同方向倾斜的熔合线或“S”型熔合线,热变形复杂,内应力高。“灰斑”或“氧化物夹杂”常成为焊缝开裂的裂纹源表1熔合线的几种不良形态产生原因及结果焊接温度过高,金属表面脱碳增加,多数情况为挤压力不足所致挤压力过大,熔化金属被过度挤掉所致挤压力高度不平衡所致板边平行度不好或挤压力偏小,使板边被氧化的金属表面层未能有效地被挤出所致2.2“腰鼓形”热影响区未被挤出,“腰鼓形”也要变宽,相反则会细小一些。2.3金属流线形态焊缝热影响区形状和宽窄不但是判定焊接线能量大

6、小的参考依据,也是判定其它焊接工艺参数是否合适的重要依据。焊接线能量越大,母材受热影响越大,“腰鼓形”热影响区变宽,反之变窄;当焊接线能量一定时,焊速越慢,热扩散越慢,“腰鼓形”也会变宽,反之变窄;相对合理稳定时,流线夹角偏小原因压力可将熔融金属挤掉较多。挤压力偏小,流线经常显示不清晰,有时甚至看不到。挤压力不平衡金属流线是焊缝部位多种形态中最为重要的一种显示特征,是在一定条件下局部熔化或半熔化的金属,、线能量2。不良结果使板边金属焊合不好,易产生“冷焊”。焊缝中部的熔合线常常伴随着产生较多的“氧化物夹杂”,成为焊缝开裂的裂纹源。易引起流线形态发生变化,有的上升角偏大,流线很粗大。有的上升角偏

7、小,流线较细且显示不清晰。若板边不平行,还容易在焊缝上产生错边,形成焊缝金属单向流失与应力集中,焊缝出现缺陷的几率也会增加。易出现正“V”与倒“V”形。由于高频焊是板边临近效应与集肤效应的结果,若板边不平行,则高频电压分布也就不均匀,局部温差显著,板边就不能同步接触实现紧密焊合。当板边出现正“V”形时,焊缝的内边缘就要比外边缘先接触,故内边缘电流密度也要大一些,加热温度也高于外边缘。在相同挤压力条件下,先接触的内壁金属流线上升角偏大,而外壁金属流线上升角则较小,严重时甚至不显示流线。反之,当板边出现倒“V”形时,外毛刺比内毛刺大,其金属流线上升角明显比焊管内壁的大。可能使卷板边缘发生弯曲,容易

8、造成边部呈“波浪”形,形成“灰斑”的倾向增加,同时,在成型时焊缝处有可能产生“错动”,并延续到焊点处,会使正在凝固的焊缝金属发生“焊偏”或出现裂纹。流线夹角不对称板边平行度不好板边平行度不合理2.4中心距过大压力分布均匀,焊接质量可达到最佳状态。(2)当板边不平行时,也很容易造成中心距中心距是指金属流线中心与卷板壁厚中心之间的距离,除与挤压力的不平稳性有关外,板边平行度对其也有影响。(1)当挤压力调整不当时,金属流线中心不过大,难以做到平行接缝,局部焊点热效应可能降低,出现低温焊接状态,焊缝中的“氧化物”较难排除,形成“灰斑”的倾向增大。有些资料将熔合线宽度推荐为0.050.2mm,我厂将熔合

9、线中间宽度控制在0.1mm左右,是偏上就是偏下,跟板壁厚中心很难吻合。中心距越大,对缝间隙越不均匀,在焊缝处越容易产生“错边”,“氧化物”很难挤出,焊接质量就越差。当中心距接近零时,焊接点可接近挤压辊中心,挤将其两端宽度控制在0.2mm左右;合理的“腰鼓形”中部宽度应为钢板厚度的1/41/3;金属流70焊管2008年5月线夹角控制在50°70°中心距小于或等于板厚的1/5。规格为273.1mm×7mm/B的工艺参数对其冲击值的影响见表3。表中试样热处理温度均为850,试样为横向,尺寸为5mm×10mm×55mm,试验温度0。由表3可见,14号样

10、的工角过渡要光滑,否则会造成应力集中,影响试验结果。试样放入冷却介质中至少保温5min,保温时间过短,可能会由于试样的中心部未达到所需的温度而影响试验的结果。在试验过程中,从试样离开介质到打击的时间不能超过2s,且应有2的过冷度。夹取试样用的夹子最好选用热导率低的材料。一定要用样板将“V”形槽调整在钳口的中心,以减少试验带来的误差。艺指数偏离工艺要求,58号样的工艺指数在要求范围之内,58号样的冲击值明显高于14号样,这也说明焊缝冲击韧性和焊接工艺有密切的关系,它是焊接工艺综合性的体现。表3工艺参数与冲击试验值的关系试样编号123456785结论(1)提高原材料的纯净度是保证ERW焊管工艺参数

11、焊缝中心)熔合线/mm流线夹角/(°冲击外壁内壁距/mm中外内值/J外侧内侧外侧内侧0.230.130.200.250.20.180.230.150.250.180.130.250.180.100.180.200.100.0.20.180.18.4540606060556540455555657060704045606065656545400.30.40.30.40.10.20.20.1305238458582焊缝冲击韧性的前提条件。(2)合理正确的焊接工艺是提高ERW焊管焊缝冲击韧性的重要方法(3)。ERW焊管焊缝冲击韧性误差的重要原因。致谢:感谢宋新华老师对我在本次论文设计3热处

12、理工艺对焊缝冲击韧性的影响一些研究资料表明,热处理对焊缝冲击韧性的影响因素中,加热温度比加热时间更为重要。温度过高会使冲击韧性下降;650950的加热时间应在1237s范围内变动。最高加热温度为950时,从650950的升温速率对升温不敏及写作中给予的关心和指导。参考文献:1董定元,苏学仕.金属管焊接M.北京:机械工业出版社,1997:167-180.2吴承建,陈国良,强文江.金属材料学M.北京:冶金工业出版社,2000:27.3高秀英,高国良.焊后正火条件对焊缝韧性的影响C我国焊管生产技术的引进与开发中国金属学会第四届焊管学术年会论文集.陕西:测绘出版社,1992:174-179.4黄友阳.

13、高频焊管金属流线的形态与分析J.钢管,2000,29(6):31-36.感。尽管升温速率降低能减少管壁内外温差,组织充分均匀化,但升温速率过低可能引起晶粒长大,而使焊缝韧性下降。4其他因素对焊缝冲击韧性的影响由于对头管的热处理不充分甚至没有热处理,因此应避免在对头管上取样,而应在已热处理的正品管上取样,这样可以避免由于取样位置不当而造成试验的不合格。冲击试样的精度不够将造成冲击韧性偏大或偏小。“V”形槽要尽可能开在熔合线上,缺口要垂直通过壁厚方向,缺口的圆作者简介:袁大伟(1978-),本科,助理工程师,主要从事焊接钢管的力学检验工作。收稿日期:2007-11-13修改稿收稿日期:2008-0

14、1-08编辑:谢淑霞第31卷第3期英文摘要87sidesofintelligentcontrol,equipmentmaintenance,failurecheckandpromptoperation.Practiceprovesthattheflyingsawcontrolsystemiswithrea2sonablestructure,simplewiringandeasytobeusedandmaintained.Keywords:weldedpipecutting;flyingsawmachine;controlsystem;CANgeneralline;networkprotocol

15、;operationsystemParallelConnectionTechnologyApplicationofLincolnWeldingMachineZHANGMeng2jun,LIUHuan2jun,ZHANGLu,ZHAOWeiAbstractID:100123938(2008)03200562EAAbstract:ItintroducesparallelconnectiontechnologytheoryandmethodofLincolnweldingmachine,andanalyzesactualeffectafterweldingma2chineisconnectedinp

16、arallel.TotaloutputcurrentofWeldingmachinecanreachsettingrequirementsfromdatameasurementviewing.CurrentofMainmachineandassistantmachineisbasicbalance.Itgreatlyimprovesweldingreliability,tofacilitatetheincreaseofoutputandquality.Keywords:Lincolnweldingmachine;welding;current;parallelconnectionMedium2

17、frequencyBendingPipeSystemBasedonupanddownComputerXUGang,YANGDong,LIAOGuang2ping,JIHai2taoAbstractID:100123938(2008)03200582EAAbstract:Themedium2frequencybendingpipesystembasedonupanddowncomputerconsistsofinformationmanagement,controlandequipment.ThesystemadoptIPC+PLCupanddowncomputerstructure,anddo

18、wncomputerPLCisasspotcontrolequipmentusingforcollectingdataandcontrolling;UpcomputerIPCutilizesprocess2controllerconfigurationsoftwaretofinishprocessdatastorage,disposalandanalysis,aswellasman2machineexchangeinterface.Thispaperintroducedcontroltemperature,constanttemperaturecontrol,recordandstorageo

19、fprocedureparameterandhistoricaldatatracing,aswellasdesignmethod.Inadditionto,italsomentionedcautionproceedingsduringoperation.Factsprovedthatthissystemprocedureiswithgoodconsistency,andbasicallyrealizeautomaticcontrol.Keywords:medium2frequencybendingpipe;controlsystem;PLC;WINCCDataProcessingandSimu

20、lationforLargeDiamWeldPipeinShapeandPositionErrorsurinmWANGHong,CHENQing22lingAbstractID:100123938(2008)03200612EAAbstract:ThispaperintroducedthatadoponLabasplatformandcombiningwithdesignedlargedi2ameterweldpipeshapeanddataprocessingwhichwasbasedonLabVIEW.Themathematicalthedataomfivedisplacementsens

21、ors.Thedataprocessingprogramusedtimedomainerrorapartingtechnolerror,andusingthisprogramcanrealizedatastoreandcurvesimulation.Finally,utilizingdataprocessingprogramanalyzesidata,theresultsverifiedthatdataprocessingmodelsandprogramwereaccurateandreliable.Themeasuringsystemdataprocessingandsimulationan

22、alysisfacilitatesdesignandproduceofweldpipeshapepositionerrormeasurementfacility.Keywords:largediameterweldpipe;shapeandpositionerror;LabVIEW;dataprocessingDesignandApplicationofCenterSettingDeviceinDropWeightTearTestMachineWANGShu2ren,ZHANGShu2huaAbstractID:100123938(2008)03200662EAAbstract:Thecent

23、ersettingdeviceofthecurrentDWTTmachineafterinstallationandcommissioningorlong2termhighenergyloadimpact,iteasilycausedfoundationloose,supportingbasesidemovingandhammerheadbecomingflexible,etc.,suchwillresultinspecimenandhammerheadnotbematchedtocenter.Thenewdesignedcentersettingdevicecanadjustanddemar

24、catespacedeviationbetween“V”typenotchtipandhammerhead,aswellasdistanceofsupportingdevice.Thus,itcaneffectivelycontrolprecisionofmatchingcenter.Keywords:DWTT;centersettingdevice;designEffectingFactorAnalysisforERWPipeWeldImpactToughnessYUANDa2weiAbstractID:100123938(2008)03200682EAAbstract:Thispaperi

25、ntroducedthatERWpipeweldimpacttoughnessisanimportantindexofmeasuringweldingquality,anditintroducedtoim2provematerialpurityandselectreasonablethermaltreatmenttemperaturecanimproveweldimpacttoughness.Analysisofweldmetalflownlineaf2fectingweldimpacttoughnesscanshowthatrightweldprocedureisveryimportanttoimproveweldimpacttoughness,brieflyanalyzingerrorreasonduringtest.Keywords:ERW;weld;impacttoughness;metalflowline;fusionline;normalizingAnalysisandControlofCrystalCrackinLSA