中碳钢管道常见焊接缺陷与质量控制

1、中碳钢管道常见焊接缺陷与质量控制【摘要】本文针对中碳钢管材在焊接过程中经常出现的裂纹、气孔、未融合等缺陷、产生的原因进行了调查和有针对性的分析，从提高施工质量和效率的角度，提出了相应的处理方法和预防措施。【关键词】焊接缺陷；成因分析；处理措施1.前言近几年来，综合大队组织施工了东一注北一线等多条注水干线。材质为245*18中碳钢管线。工程焊口数量大，工期紧，施工难度大，而且大队以往没有此类大型工程的施工经验。中碳钢具有以下焊接特点：（1）热影响区易产生低塑性、高硬度的淬硬组织；（2）易产生热裂纹；（3）气孔。采油厂计划对注水干线进行滚动更换，大队此类工作量会不断增多，根据焊接常见故障进行系统分

2、析并提出一些相应的处理及预防措施，对于提高生产保障的能力和队伍技术水平具有一定的实际意义。2.中碳钢焊接缺陷现状调查2008年4月在施工现场作业进行质量跟踪检查，从施工操作者，施工环境，施工项目的质量进行了现状调查，共抽查焊口11道，依次全部进行了超声波检测。经对焊缝外观和探伤的缺陷进行统计，11道焊口中有4道不合格（焊口探伤一次合格率为64%），不合格焊口上的缺陷共计30点，按照缺陷性质统计结果如表1。表1 焊接质量缺陷调查表序号项目名称频数（点）频率（）累计频率（）1焊缝气孔1240402未熔合723.363.33焊缝咬边516.7804焊缝超高310905焊缝夹渣26.796.76药皮、

3、飞溅处理不干净13.3100合 计30/对统计表中的缺陷频数进行了排列，形成饼分图和排列图,如图1和图2所示。图1 焊接质量缺陷饼分图 图2 焊接质量缺陷排列图从饼分图和排列图中，我们可以看出，焊缝“气孔”缺陷占全部缺陷的40%，“未融合”缺陷占到全部缺陷的23.3%。这两项所占比例较大，而且对焊缝质量影响最大，因此着重分析。3.中碳钢焊接常见缺陷3.1裂纹焊接裂纹是一种非常严重的缺陷。结构的破坏多从裂纹处开始，在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹，在焊接后要采用各种方法检查有无裂纹。一经发现裂纹，应彻底清除，然后给予修补。焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹两种。3.1.1冷裂纹中碳钢的碳的质量

4、分数为0.25%0.60%，而当碳的质量分数接近0.25%而含锰量不高时，焊接性良好。随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差。如果碳的质量分数为0.45%左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊时，在热影响区可能会产生硬脆的马氏体组织，易于开裂，即形成冷裂纹。这类裂纹有可能在焊后立即出现，也有可能在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。在焊接工艺当中，隐蔽性强，质检时不容易发现，对生产及安全危害性极大。冷裂纹产生的主要原因为：（1）在焊接热循环的作用下，热影响区生成了淬硬组织；（2）焊缝中存在有过量的扩散氢，且具有浓集的条件；（3）接头承受有较大的拘束应力。防止产生冷裂纹的措施有：（1）选用低氢型焊条，减少

5、焊缝中扩散氢的含量；（2）严格遵守焊接材料(焊条、焊剂)的保管、烘焙、使用制度，谨防受潮；（3）仔细清理坡口边缘的油污、水份和锈迹，减少氢的来源；（4）根据材料等级、碳当量、构件厚度、施焊环境等，选择合理的焊接工艺参数，如焊前预热、焊后缓冷，采取多层多道焊接，控制一定的层间温度等；（5）紧急后热处理，以去氢、消除内应力和淬硬组织回火，改善接头韧性；（6）采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以减少焊接应力。中碳钢手弧焊时焊条的选用（见下表）钢  号焊件含碳量（%）焊接件焊件力学性能（）选用焊条型号s（MPa）b（MPa）（%）（%）K（J）不要求等强度要求等强度35ZG2705000

6、.320.400.310.40一般 一般315 270530 50020 1845 2555 22 E4303，E4301 E4316，E4315E5016，E501545ZG3105700.420.500.410.50较差 较差355 310600 57016 1540 2139 15E4303，E4301E4316，E4315E5016，E5015E5016，E501555ZG3403400.520.600.510.60很差 很差380

7、60;340645 64013 1035 18 10E4303，E4301E4316，E4315E5016，E5015E5016，E50153.1.2热裂纹焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹，其特征是焊后立即可见，且多发生在焊缝中心，沿焊缝长度方向分布。特别是当硫的杂质控制不严时，更易出现。热裂纹的裂口多数贯穿表面，呈现氧化色彩，裂纹末端略呈圆形。产生热裂纹的原因是焊接熔池中存有低熔点杂质(如FeS等)。由于这些杂质熔点低，结晶凝固最晚，凝固后的塑性和强度又极低。因此，在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下，熔池中这些低熔点

8、杂质在凝固过程中被拉开，或在凝固后不久被拉开，造成晶间开裂。焊件及焊条内含硫、铜等杂质多时，也易产生热裂纹。防止产生热裂纹的措施是：一要严格控制焊接工艺参数，减慢冷却速度，适当提高焊缝形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹；二是认真执行工艺规程，选取合理的焊接程序，以减小焊接应力。3.2气孔3.2.1气孔气孔是指在焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。产生气孔的主要原因有：坡口边缘不清洁，有水份、油污和锈迹；焊条或焊剂未按规定进行焙烘，焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。此外，低氢型焊条焊接时，电弧过长，焊接速度过快，都易在焊接过程中产生气孔。3.2.2气孔的危害由于

9、气孔的存在，使焊缝的有效截面减小，过大的气孔会降低焊缝的强度，破坏焊缝金属的致密性。3.2.3气孔的防止(1)选择合适的焊接电流和焊接速度，认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹；(2)严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料；(3)不使用变质焊条，当发现焊条药皮变质、剥落或焊芯锈蚀时，应严格控制使用范围。3.3未融合3.3.1未熔合未熔合是指焊缝金属与母材金属,或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。按其所在部位,未熔合可分为坡口未熔合,层间未熔合，根部未熔合三种。3.3.2产生未熔合缺陷的原因(1)焊接电流过小;(2)焊接速度过快;(3)焊条角度不对;(4)产生了弧偏吹现象;(5)焊接处于下坡焊位置,母

10、材未熔化时已被铁水覆盖;(6)母材表面有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合等。 3.3.3产生未熔合的危害：未熔合是一种面积型缺陷,坡口未熔合和根部未熔合对承载截面积的减小都非常明显,应力集中也比较严重,其危害性仅次于裂纹。 3.3.4未熔合的防止采用较大的焊接电流,正确地进行施焊操作,注意坡口部位的清洁。3.4焊缝咬边焊缝边缘留下的凹陷，称为咬边。产生咬边的原因是由于焊接电流过大、运条速度快、电弧拉得太长或焊条角度不当等。埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因，都会造成焊件被熔化去一定深度，而填充金属又未能及时填满而造成咬边。咬边减小了母材接头的工作截面，从而在咬边处造成应力集中，

11、故在重要的结构或受动载荷结构中，一般是不允许咬边存在的，或者咬边深度有所限制。3.5焊缝夹渣夹渣就是残留在焊缝中的熔渣。夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。产生夹渣的原因主要是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度或焊接电流太小，或焊接速度过快。在使用酸性焊条时，由于电流太小或运条不当形成“糊渣”；使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。4.中碳钢焊接质量缺陷分析4.1焊接缺陷分析因果分析图如下：4.2要因确认序号末端因素要因确认结论1未系统培训1、焊工虽为有经验焊工，但由于不经常焊接中碳钢材质，操作技术有所不熟练，造成焊接有中断，是产生气孔的主要原因。是2焊机不适用用直流焊机

12、进行操作对焊工技术水平较高，并非焊机不适用。否3焊条未烘干经查，焊条严格按烘干程序进行烘干的。否4保温筒未盖好焊工取焊条时经常忘记盖好保温桶。由于春夏季节多雨，焊条在现场受潮，导致焊接操作时有水汽，产生气孔。是5无防风措施焊接环境在野外，季风较大对焊接有影响。施工前制作有专用防风棚否6管口未堵经检查，焊接管线一端已进行封堵。否7工艺参数不合适，焊接电流过小，焊把摆幅不到位因定焊口的焊接参数不合适，根焊焊接电流过小，焊把摆幅不到位，药皮没有起到保护作用反而阻碍填充金属与母材的亲和是8无适用内磨砂轮由于无适用的内磨砂轮，管口20mm处打磨不够，导致管口内部不干净，内部出现内钝边是9坡口表面加工处理

13、质量不高由于到货管材坡口不规则，不符合焊接要求，采用坡口机专用切割设备进行坡口加工处理是通过要因论证，可以确定影响管道焊接质量的主要原因有：1、未系统培训2、保温筒未盖好3、无专用的内磨砂轮4、坡口加工质量不高5、专用不锈钢砂轮片偏厚6、工艺参数不合适，焊接电流偏小，电压偏低对策（如下表）序号要因对策目标措施1未系统培训请专业焊工技师保证施工任务100%合格并指导培训1、外请一名焊工技师对氩弧焊进行指导；并针对药皮焊丝的焊接操作工艺特点进行培训。2、本队焊工加强工艺炼习，掌握操作方法。2焊条筒未盖好盖好焊条保温筒保证焊条使用时是干燥的1、规定雨季作业注意事项。2、焊工小组长负责检查执行。3无专

14、用的内磨砂轮配套内磨砂轮专用设备保证管口内部打磨干净1、规定焊接管口打磨方法，对每道管口均进行仔细打磨。4坡口表面加工处理质量不高对坡口重新处理使坡口尺寸满足焊接要求1、现场配备两台专用坡口机，对管材坡口重新加工处理，5专用不锈钢砂轮片偏厚换用较薄的砂轮片焊口彻底清根1、换用较薄的砂轮片对焊口彻底清根，无飞溅。6工艺参数不合适，焊接电流偏小重新确定工艺参数,适当增大焊接电流，并控制层间温度消除根部未熔合1、根据管材的材质、壁厚等选出适当的参数，按作业指导卡施工，并调整出符合自己操作手法的工艺参数。5. 对策实施5.1配备专用的内磨砂轮设备（1）由焊接工程师和焊工根据管线材质和壁厚选取合适的不锈

15、钢内磨砂轮设备，将型号报与材料供应部门，进行购置，投入使用。（2）在焊接作业指导卡中增加焊接管口处理方法的具体规定，并按照作业卡将管口内、外50mm 处进行打磨，消除了到货的管材内坡口，经过打磨的管口满足了焊接要求。5.2加强对焊接管口的坡口处理 （1）现场配备专用的坡口机，并购置更换专用切割片，将坡口按焊接作业指导卡要求加工处理，确保坡口表面垂直平整，无裂纹、毛刺、凹凸等。(2)保证处理完的焊接管口及时施焊，在倒运过程中对管口坡口采取保护措施，组对过程中，采取加垫枕木，保证坡口不被破坏。5.3换用合适、较薄的砂轮片（1）购置无齿锯切割片，对焊口彻底清根。（2）对清根后的焊口再进行清理。5.4

16、重新确定焊接工艺,选择合适的工艺数，适当增大焊接电流、电压，并严格控制层间温度（1）按照管线材质、壁厚选出适当的工艺参数，在焊接培训中心作出相应的焊接工艺评定报告。（2）在固定口的焊接过程中，采取大电流时，焊工操作控制不好，时常铁水熔流较快，不易成形，易开成咬边缺陷；焊工采用电流较小时，药皮阻碍了填充金属和母材的亲和，根部熔合不好，造成未熔合。接头部位收弧时故适当增加焊接电流、电压，经现场实践，焊接电流选择115A-120A,在两边延长停留时间，以保证填充金属和母材的亲和。5.5加强焊工系统培训外请电焊高级技师负责培训，本单位派出两名高级工焊工负责电焊，在现场边干边指导，本队焊工边干边学习；出

17、现问题共同研究讨论，既保证了工期和质量，又实现了对本队焊工的培训。5.6盖好焊条保温筒（1）在作业指导书中补充雨季作业特别注意事项：重点强调雨季作业或湿度较大时，烘干后的焊条装在保温桶中随用随取，每次一根，并随手盖好保温桶。（2）进行处罚制度。针对焊工经常性不盖焊条保温筒，进行经济性处罚，并对出现的质量不良的焊口返修费用进行承担。6.实施效果6.1实施效果分析6.1.1有形成果本次活动的展开，大队职工掌握了新的技能，学到了解决实际问题的途径和方法。根据以上分析的原因采取对策实施后，在后续的中碳钢焊接中，达到了预期的目的，在后续的209道焊口中，不合格口达到11道，一次合格率达到了96.2%。焊

18、接一次合格率提高后，不仅节约了大量的人力、物力，还大大提高了施工效率，为大队按期完成施工任务提供了有力的保障。0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%活动前合格率目标合格率活动后合格率系列164%96%96.2% 6.1.1无形成果通过活动，丰富了我们的专业理论知识；质量意识、协作精神和创新力显著增强；解决实际问题的能力得到了有力的锻炼；工作责任心有了进一步的提高，并积累临氢不锈钢管道焊接的经验。自我评价表项目活动前活动后专业知识34质量意识45工作责任心35创新能力34解决问题能力34协作能力456.2经济社会效益6.2.1经济效益按原焊接一次合格率可计算返修口116道（按后续的290道计）活动后的返修口11道 经以上比较可见，返修口减少了116-11105道。直接效益：人工费：170×10518050（元）材料费：0.1Kg×236×32+0.2Kg×117×73=851.6（元）机械费：250×2