埋弧焊钢管焊缝余高的控制

   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。焊缝余高h增加,则θ角增加,r值减小,会使应力集中系数增大。KT=σmax/σ0焊缝的余高愈大,应力集中程度愈严峻,焊接接头的强度反而会降低。经验证实,在其他前提不变的情况下,采用Ф3.2 mm的前丝要比Ф4 mm的前丝熔深大20%左右。据文献[3]先容,国外螺旋焊管的内焊焊头处在上坡焊的位置,如图2所示。

   除焊头位置外,焊剂也是影响焊缝外形的一个重要因素。焊接高强度钢板时,为了降低每层的线能量,一般采用多道焊(2道以上),且应使焊缝的外形系数在1.3～2.0 mm内。根据试验结果,采用双丝焊的外焊,其焊点偏中央值可按表2设定。

   螺旋埋弧焊管在内焊时,要精心调整好内外焊缝的空间位置,使其内焊缝尽量减少和避免泛起“马鞍形”,外焊缝不泛起“鱼脊背形”。一是检查内外焊缝的重合量的程度,二是检查焊道腰部的宽窄。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侵蚀出很深的沟槽。焊缝的外形跟着前丝的偏中央位置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0～20 mm,I的取值范围为14～18 mm时可获得良好的焊缝外形[3],可减少或预防“马鞍形”焊缝的产生。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。

   输送用埋弧焊管内表面若未做涂层防腐处理时,其内焊缝的余高大,则对输送介质的摩擦阻力也大,由此将使输送管线的能耗增加。同时,焊缝越高则防腐层就越应加厚,因尺度划定防腐层的厚度是以外焊缝的顶点为基准测算的,这就加大了防腐本钱。埋弧焊管对接接头中的工作应力分布如图1所示[1]。如预焊前提不成熟,则应在内焊后用气刨清根,或砂轮自动磨削清根,或铣削清根等方法,将外焊缝在未焊之前加工成U形槽再进行焊接。

   直缝埋弧焊管在水压扩径时,是通过内腔与钢管扩径尺寸一致的左、右2部门外模将钢管包住的,因此,焊缝的余高过大,在扩径时焊缝承受的剪应力就大,焊缝2侧就易泛起“小直边”现象。

   采取多丝焊时,如原外焊三丝直径的匹配是4mm+3.2 mm+3.2 mm(DC-AC-AC),则前丝改为Ф3.2 mm较好。由于在采用相同电流的情况下,使用Ф3.2 mm的焊丝比使用Ф4 mm的焊丝熔深大。也就是说,前丝采用Ф3.2 mm的焊丝,即便降低一些线能量,也可以达到采用Ф4 mm时同样的熔深效果,这是因细丝比粗丝的电流密度大所致。这是由于焊接线能量越大,单位时间内熔化的焊丝必定增加。

  在螺旋焊管的出产中,内焊缝往往泛起“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称大。 “马鞍形”焊缝的产生,主要是因为内焊缝焊头的位置处于下坡焊位置,焊速越大越严峻。

  当螺旋埋弧焊管处在边成型边焊接的过程中,必定会造成内焊焊缝呈“马鞍形”,且焊速愈大愈严峻。不同口径的螺旋焊管,其外焊焊点的偏中央值是不同的。这是由于外焊缝的余高小,焊接接头所承受的剪应力也小。海内螺旋焊管的内焊焊头大都处在下坡焊的位置。因此,调整好焊头的空间位置和焊接规范,减少或消除“鱼脊背形”的外焊缝也是很重要的。

   埋弧焊管的焊缝均为对接接头的焊缝,假如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侵蚀介质中,如H2S水溶液、海水、海洋大气等,易在焊趾处产生应力侵蚀裂纹。例如,日本NKK公司划定,UOE焊管内表面的残余压应力σr∧100 MPa;日本住友金属公司划定,UOE焊管内表面不答应存在残余拉应力,即σr∧0;加拿大Welland公司划定每班检查环切试样的张开位移量ΔL,要求ΔL∧20 mm[2]。建议在制定输送用螺旋焊管尺度时,对内焊缝的“马鞍形”应有相应的划定。

  螺旋埋弧焊管在内焊时应调整好内焊头的位置,尽量减少或消除“马鞍形”内焊缝(图2);在外焊时,也应调整焊头的空间位置,尽量减少或消除“鱼脊背形”的外焊缝,这主要是靠对外焊焊点的偏中央值调整来实现。对重合量的划定一般是大于1.5 mm,但笔者以为内外焊缝的重合量以1.3～3.0 mm较合适,若超过3.0 mm就说明线能量大了。线能量大,不仅仅是熔深大,而且焊缝余高也大,如不开坡口或U形槽,焊缝余高就更大。

  对于埋弧焊管的对接焊缝,一是余高要小,二是要使焊缝圆滑过渡以及焊缝的转角半径要大,否则在焊缝应力集中部位的焊趾处就会产生应力侵蚀裂纹。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。检查焊接线能量是否合适,一般用焊接接头的酸蚀样来检查。 L的调整还应随焊速的变化而改变。但经验证实,当外焊缝的余高控制在2 mm左右时,水压扩径时不会泛起“小直边”现象,管形不会受到影响。应力集中系数的大小取决于焊缝余高h、焊趾处夹角θ和转角半径r。为了预防在焊趾处产生应力侵蚀裂纹,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。从图1还可得出埋弧焊管对接接头几何尺寸与应力集中系数KT的关系式为: