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1、ERW钢管焊缝未熔合缺陷及其对性能的影响焊管?第t7卷第2期?1994年3月ERW钢管焊缝未熔合缺陷及其对性能的影响……气管材嘉一721002)7(中国石油天然气总公司石油管材研究所陕西宝鸡lJ0,)f-)摘要本文利用宏观和显微分析手段.对ERW钢管焊缝常见的三类未熔合缺陷进行了分析,搞清了未熔合缺略的实质.从生产过程入手,论述了未熔合缺陷的产生原囡文中从脆断和疲劳两方面论述了未熔合缺陷对ERW管性能的影响.{主题词—ERW—~~'e逖使用丝焯毋1未熔台缺陷的分类,形貌特征与实质未熔合是ERW钢管的常见缺陷之一,对钢管的强度和使用
2、性能有很大的影响.按其特征可分为以下三类:(1)完全未熔合即钢管焊缝整个壁厚均未熔合(图la);(2)部分未熔合即钢管焊缝的局部(焊缝壁厚中部或内外表面)的未熔合(图lb);(3)未完全熔合即焊缝熔合不良,主要是冷焊.完全未熔合和部分未熔合区的宏观特征一般星黑色或探灰色,微观形貌为粒状氧化物,见图2.冷焊是未完全熔合的一种典型特征,其宏观特征呈灰色或深灰色,微观为浅平韧窝,窝内伴有氧化物(图3),韧窝直径较小,约为2m,氧化物较小且分散分布于浅平韧窝内.冷焊有时与未熔合共存,这时,未熔合区氧化物呈网片状(图4),冷焊区为微小韧窝,
3、并伴有大量的氧化物(图5).出现未熔合或冷焊时,往往伴随着不合理的金属流线分布,如图6所示.经x射线能谱仪和电子探针分析,未熔合区含有Fe,0等元素,主要为FeO;冷焊区氧化物成分的电子探针分析结果见图7,可见,冷焊区的氧化物主要为FeO,MnO和SiO等,是在焊接过程中形成的.钢管在焊接前,带钢两边对焊表面均需进行机械加工,因此可以排除残留FeO的可a完主者坼台b部分未熔合c未完垒熔合(冷焊)囝l三种不同的未熔合形态能性.在焊接过程中,对焊表面接触的主要介质是乳化液和空气,即环境中存在足够的HO和O.当温度大于57O℃时,会发生
4、如第l7卷第2期冯耀荣,李鸹林:ERW钢管焊缝未焙合映陷及其对性能的影响圉2把瞎台区粒'七物形貌圉3玲焊的微观形貌圉4接近玲焊的未焙合区形貌圉5接近未焙合区的冷焊区形貌圉6出现未焙旨或冷焊时的焊缝横向截面金相组织100×F反应;2Fe+O2—2FeOFe+H2O=FeO+H:而且,在存在水的情况下,形成FeO的速度很快.因此,表面FeO可在焊接加热过程中很容易地形成如果工艺参数不当或板边形状不良时,这种氧化物便会残留于焊缝中.应当指出的是,在冷焊断口上,亦有SiOz和MnO等氧化物存在.这是因为钢中一般均含有一定数量的si,在高温
5、下可发生如下反应:2(FeO)+Esi3=(SiO)+2EF~3反应的结果,生成稳定的SiO.焊管a定点分析b面分析圉7冷扞区氧化物电子探针分析结果同样,高温下亦可生成Mn的氧化物MnO,其反应方程式如下:(FeO)+[-Mn]=(MnO)+I-re]另外,亦可形成MnO—siO或(Mn)O--SiO复合氧化物.钢中残留Al,cr等元索在高温下氧化倾向更大,也可产生AIzOs和cr.O氧化物.上述氧化物形成后,在焊接工艺参数不当的情况下,会残留于焊缝中,造成熔合不良.2未熔合缺陷的产生原因2.1焊接热输入量和带钢边缘形状的影响ER
6、W钢管是用高频电流来加热进行焊接的.焊接时,由于集肤效应和邻近效应,对焊两边表面金属在很短的时问内被加热到很高的温度,在挤压力的作用下,两边金属钹焊台在一起形成焊接接头.在高频电阻焊过程中,较高的加热温度是两边金属结合以形成良好焊接接头的先决条件.正常加热时,焊接热输入量充足,带钢边缘被加热到足够的温度,这时不论带钢边缘开状如何,其整体温度均较高,塑性变形易于进行,在挤压力作用下两边金属很容易结合在一起,而且焊缝内部杂质在高温下有较好的流动性,易于清除.而当焊接热输入量不足时,在带钢边缘为如图8a的情况时,内外表面棱角处的温度比内
7、部高一些,故内外表面棱角处的金属首先结合,中问部位温度较低难以结合,于是极易在中部形成未熔合缺陷.在这种情况下,中部原来的氧化物被密闭在焊缝中,不可能被去除而残留于焊缝中.量度()跏妊戤㈣綦征沮—二{一圉8管坯边缘形状与温度分布示意图管坯边缘形状为图8b的情况时,若焊接热输入量不足,外表面棱角处首先被加热到较高的温度,越向内表面,温度越低,这时焊接后形成外表面熔合而其余部分产生未熔合缺陷的情况,同样,由于温度太低,钢板对焊表面原来残留的或焊接过程中形成的氧化物不能排除.管坯边缘形状为图8c的情况时,第l7卷第2期冯耀粲.李鹤林:E
8、RW钢管扞缝未熔合缺硝及其对性娩的影响内侧棱边先被加热首先熔台,其余部分出现未熔台.在管坯边缘形状为图8b的情况下,如焊接热输入量再大一些,内表面的温度要比次内表面高一些,故亦会出现内外表面熔合,中部未熔台的情况,但因外表面温度高一些,外表面的熔合
