焊接质量在大口径不锈钢管中常见问题及其控制措施探讨

改革开放以来,不论是不锈钢管的制造水平还是焊接技术的水平,都达到了一定的程度,正因为如此,用于长距离的介质运输的长输不锈钢管也被广泛地运用。在施工过程中,很大程度上都是采用自动化、机械化的施工工艺,因此对于施工过程的质量要求非常严格。本文就笔者多年工作实践经验针对大口径不锈钢管的焊接质量控制展开讨论。

一、不锈钢管施工常用的质检方法

一般情况下来说,为了能够有效地保证不锈钢管的使用寿命以及其自身的施工安全,我们要对焊缝的施工质量进行严格的控制检验,而且大口径不锈钢管的运行压力也比较高,只有这样才能保证不锈钢管在运行过程中不会出现泄露或者爆裂等问题而造成介质外泄,从而污染环境以及带来经济方面的损失。在不锈钢管焊接完毕,无损检测也完成后,要进行最后一道的检验工序,即压力试验。通常试压是分段进行,试压分段要按照不锈钢管试压时,最低点压力不得大于不锈钢管屈服强度的百分之九十、最高点要与设计压力相符的要求来进行。因为长输不锈钢管的输送压力相对较高,所以出于安全的考虑,通常采用洁净水作为试压介质。

在进行水压试验时,要进行强度试验与严密性试验。

二、焊缝常见质量问题

一般情况下,我们会通过长输不锈钢管的施工工艺以及其检测方式,把它的焊接缺陷分为两种:焊缝成型和微观组织。

1.咬边

所谓的咬边就是在焊接时熔敷金属无法按照要求盖住母材的坡口,从而在焊道边缘处留有缺口,比母材低。咬边如果比较浅短即使不做处理也无大碍,但是如果咬边过深,则会严重的影响到焊道的力学性能,产生应力集中致使接头的强度有所降低。通常产生咬边的原因有几个,比如电流值过大,电弧过长无法集中,致使熔池熔敷不到位;或者焊条的倾斜度不准确,出现偏吹,以及焊接时手法不正确,摆动不到位等等。

2.夹渣

所谓夹渣是指在焊缝中留有杂质,比如熔渣或者铁锈等等。通常在层间最容易出现夹渣现象,其它的诸如焊道根部等部位也会出现。夹渣的形状大小不同,其中尖锐的夹渣会对焊道的塑性产生影响,特别是在焊道受到拉应力时,会出现严重的应力集中。产生夹渣的原因也有很多,比如进行多层焊接时未将熔渣清理干净,造成焊道中埋有熔渣;焊接的电流不足以将熔渣充分融化使其浮出熔池;坡口过小,或者坡口和上层焊道形成一个夹角,导致熔渣无法充分融化而浮出熔池等。

3.未熔合和未焊透

未熔合是指在焊接过程中,焊道和母材坡口中、上下层焊道之间未完全熔化结合,形成缺陷。相对而言,由于未焊透导致焊道的有效截面积减小,而且因为属于开口性缺陷,会导致比较严重的应力集中,因此相对而言未焊透对焊道的危害比较大。在不锈钢管下沟时,或者承压比较高的条件下,假如有比较深的未焊透现象,则焊道有可能会沿着未焊透处撕裂。通常产生未熔合与未焊透的原因主要是因为坡口的加工不够规范,角度过大,钝边过厚,未留下足够间隙;过度进行层间清理导致坡口被打宽形成沟槽;或者焊接手法不稳,电流过小,线能量输入过小等等。

4.气孔

通常气孔是因为熔化金属凝固时,未将熔池中的气体溢出而形成。一般气孔的形状有条形的、球形的或者柱状形的以及密集性气孔,此外,在长输不锈钢管的焊接过程,还容易出现一种缩孔缺陷,在进行射线检测时,其投射到底片上的影像比较类似于气孔,不过其形成机理通常是因为熔化金属凝固时,液相向固相转变这程中出现体积差而导致的,其与气孔在本质上就不相同,此处由于该缺陷相对较少,所以不做讨论。通常普通的气孔缺陷对于不锈钢管的危害都比较小,在某种情况下还会起到止裂的作用,但是一些很深的柱形孔或者面积比较大的圆形孔则危害较大。在焊接过程中产生气孔的主要原因主要有以下几点:焊材或者坡口的清洁度不够,存在铁锈油污等杂质,或者焊材受潮;焊接时电源的电压、电流值不稳定;焊接速度过快;保护方法不合理等等。

5.裂纹

相对来讲不锈钢管焊接过程中,危害性最大的缺陷就是裂纹。裂纹呈现出一定的延伸性,如果焊道存在内应力,则裂纹会一直扩展、延伸,从而破坏整个焊道。所以在长输不锈钢管的施工过程中,坚决不允许出现裂纹等状况,而且也不可返修,一旦出现裂纹,则要割口重焊。通常产生裂纹的原因基本上都是因为工艺规程未执行到位,或者外部应力过大而导致的。下面我们主要看一下液化裂纹、结晶裂纹以及延迟裂纹。

5.1结晶裂纹

通常结晶裂纹是比较常见的热裂纹的一种,在焊缝凝固的过程中会形成结晶裂纹。结晶裂纹只会出现在焊缝中,大多数呈现出纵向或者弧形分布在焊缝中心和两侧等部位。产生结晶裂纹的主要原因是由于熔池中存在过多的杂质,冷却的速度过快,或者由于外界应力过大。在不锈钢管施工过程中,焊材与母材均要进行严格的检验,将材料不合格的因素排除后,熔池中如果存在过多的杂质通常是由于未按照规程操作多次返工后造成的。此外,强行组对或者不预热也会导致冷却速度过快、应力过大。

5.2液化裂纹

形成液化裂纹的机理与结晶裂纹基本上是一样的,均是由于存在晶间低熔相或者共晶,在液态向固态转变时,因为存在冷却收缩使得晶粒边界出现裂纹。不过液化裂纹通常在多层焊时,母材多次受热后晶间层重新熔化所形成。所以液化裂纹一般最容易出现在前层焊道存在偏析处或者母材的坡口边缘处。在进行长输不锈钢管焊接时,如果无损检测底片显示裂纹的部位在焊道层间,一般都属于液化裂纹。

5.3延迟裂纹

不锈钢管施工过程中,比较常见的一种裂纹缺陷即延迟裂纹,其属于冷裂纹,通常在焊后几个小时甚至几天后才会出现,而且时间越长,延迟裂纹会越来越多越来越长。一般延迟裂纹主要是由于母格淬硬倾向、焊接接头承受的应力和焊缝氢含量来决定的。要避免产生延迟裂纹可以从三个方面加以控制,即降低焊缝的冷却速度,改善焊缝组织以及降低焊接应力。具体措施包括:选择制作不锈钢管的钢材时,尽量选择抗裂性比较好的材料,焊接材料也要合理选择,焊接施工时严格按照工艺要求进行,保证焊缝组织结构的韧性与塑性;按照焊接的工艺要求进行预热,如果冬季施工则要采取相应的保温措施,如果有必要则进行焊后加热或者热处理;对组对应力进行严格的控制,尽可能不采用外对口器进行强制组对,特别是在不锈钢管连死头时,禁止使用千斤顶、吊管机上提或者采用挖掘机下压来进行对口间隙的调节。

三、焊道缺陷的返修

在焊接工序全部完成后,施工机组要对焊缝的外观进行自检,自检合格后再向检测公司申请无损检测,无损检测的方法通常是超声波检测或者射线检测。在完成探伤后,要对合格的焊口做相应的防腐处理,如果焊口不合格,则要做返修。返修的具体作法如下:按照射线检测底片的位置在焊口上标示出需要返修的部位,再利用角向磨光机或者碳弧气刨打开焊缝,发现缺陷将其磨除再进行补焊。

四、结束语

综上所述,我国的天然气发展前景下步入高峰期,随之我国的长输不锈钢管也逐渐步入高峰期,而长输不锈钢管所用钢材向着高强度发展,这就要求我们具备更新的焊接技术,从而有效地提高不锈钢管的施工质量以及在运用过程中的安全性。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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