埋弧焊钢管焊缝余高的控制

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1、埋弧焊钢管焊缝余高的控制摘要:主要阐述了控制输送用钢管埋弧焊内、夕卜焊缝余高的重要性。焊缝的余高大，则焊缝的应力集中系数大，容易形成应力腐蚀裂纹。夕卜焊缝余高大,不利于防腐;内焊缝余高大,将会增加输送介质的能源损失等。重点介绍了螺旋埋弧焊管内焊缝易出现的〃马鞍形"问题。〃马鞍形"内焊缝在焊趾处的应力相当大，这对用于输送腐蚀性介质的钢管是最有害的。为了延长钢管的服役年限,必须对焊缝余高进行有效的控制。结合生产实际,提出了输送用钢管埋弧焊焊缝余高的控制措施。0前言无论是直缝埋弧焊管(LSAW)还是螺旋缝埋

2、弧焊管(SSAW)，对其焊接质量的评价，首先是看内、夕卜焊缝的余高及其形状控制得好不好，焊缝流线是否规整等。焊缝余高大且不是圆滑过渡(即转角半径小),则焊缝焊趾部位的应力集中系数大，对抗SCC不利。此外，外焊缝的余高大，会给管子的防腐作业增加难度，成本增高;内焊的余高大，则对管道输送介质的摩擦阻力大，管输耗能也就大。因此，在生产埋弧焊管时，必须控制内、夕卜焊缝的余高。API5L标准中规定的焊缝余高只是最低标准，而油气输送管线和海洋用管均将焊缝余高控制在2.5mm以下。输送用埋弧焊管的焊缝最大余高，在多

3、个标准中都作了规定，见表1。1焊缝余高大的负面影响1.1焊趾处易形成应力腐蚀裂纹(SCC)对接接头的应力集中主要是焊缝余高引起的。埋弧焊管对接接头中的工作应力分布如图1所示［1］。从图1看出，对接接头的焊缝，其焊趾处的应力最大。应力集中系数的大小取决于焊缝余高h、焊趾处夹角e和转角半径ro焊缝余高h增加，则e角增加,r值减小，会使应力集中系数增大。从图1还可得岀埋弧焊管对接接头几何尺寸与应力集中系数KT的关系式C%P—拉应力1壁厚h—焊缝余陆o-焊趾处夹角厂一转角半径％、一址大应力值％—屮均应力值C—

4、焊缝宽度图1埋弧焊管对接接头中的工作应力分布示愆为：KT=amax/oO焊缝的余高愈大,应力集中程度愈严重，焊接接头的强度反而会降低。焊后削平余高，只要不低于母材,减少应力集中，有时反而可以提高焊接接头的强度。焊缝的转角半径愈小，应力集中的程度则愈大;反之，应力集中的程度则愈小。因此对埋弧焊缝的要求:一是余高要小;二是焊缝要圆滑过渡，使转角半径r值增大。埋弧焊管的焊缝均为对接接头的焊缝,如果不控制好焊缝余高和转角半径，则焊趾处的应力就大,以致焊管在服役过程尤其是在腐蚀介质中，如H2S水溶液、海水、海洋

5、大气等，易在焊趾处产生应力腐蚀裂纹。焊管在成型和焊接过程中不可避免地会产生残余应力，因此管坯在成型、焊接后要消除残余应力。扩径可消除残余应力，但是残余应力很难完全消除，焊趾处的残余应力也就不可能消除。为了预防在焊趾处产生应力腐蚀裂纹，这就需要控制好成型、焊接时的残余应力，尤其是焊趾处的残余应力。国外油气输送钢管生产厂家对焊管残余应力都有内控标准。例姒日本NKK公司规定,UOE焊管内表面的残余压应力ora100MPa;日本住友金属公司规定,UOE焊管内表面不允许存在残余拉应力，即加拿大Welland公司

6、规定每班检查环切试样的张开位移量△!_,要求△1_人20mm[2]e在螺旋焊管的生产中，内焊缝往往出现"马鞍形〃，即焊缝中间低,两边高，焊缝和母材基本上成直角，更谈不上圆滑过渡了,这种焊缝在焊趾处的应力集中度相当大。笔者在工作期间发现，已服役多年的螺旋焊管内焊缝的两边焊趾处腐蚀岀很深的沟槽。因此必须避免岀现这种〃马鞍形〃焊缝,否则就会严重影响输送管道的服役年限。〃马鞍形"焊缝的产生，主要是由于内焊缝焊头的位置处于下坡焊位置，焊速越大越严重。据文献[3]介绍，国外螺旋焊管的内焊焊头处在上坡焊的位置，如图

7、2所示。焊缝的形状随着前丝的偏中心位置L和前丝与后丝之间的间隙I的变化而改变，当L的取值范围为0〜20mm,l的取值范围为14~18mm时可获得良好的焊缝形状[3],可减少或预防〃马鞍形〃焊缝的产生。L的调整还应随焊速的变化而改变。除焊头位置外，焊剂也是影响焊缝形状的_个重要因素。国内螺旋焊管的内焊焊头大都处在下坡焊的位置。当螺旋埋弧焊管处在边成型边焊接的过程中，必然会造成内焊焊缝呈"马鞍形"，且焊速愈大愈严重。要改变这种状态，就要使焊头基本处在图2所示的上坡焊位置。L-询焊丝位SI-焊丝之间间隙I—

8、関管简2-板带3—焊垫馄图2螺旋理弧焊内焊焊•接位魁示意1.2外焊缝余高大不利于防腐在防腐作业时如采用环氧树脂玻璃布进行防腐，外焊缝余高大，将使焊趾处不易压牢。同时,焊缝越高则防腐层就越应加厚,因标准规定防腐层的厚度是以外焊缝的顶点为基准测算的，这就加大了防腐成本。螺旋埋弧焊时往往容易出现〃鱼脊背形〃的夕卜焊缝，这就更难保证防腐的质量。因此,调整好焊头的空间位I和焊接规范，减少或消除〃鱼脊背形〃的外焊缝也是很重要的。1.3外焊缝余高过大对水压扩径后的管形