HFW焊管焊縫熔合線寬度的控制

胡松林

（寶鋼股份有限公司鋼管條鋼事業(yè)部，上海201900）

HFW焊管焊縫熔合線寬度的控制

胡松林

（寶鋼股份有限公司鋼管條鋼事業(yè)部，上海201900）

為了合理地控制HFW焊管焊縫熔合線的寬度，提高焊管產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，以某規(guī)格3個鋼級（B/X52/X60）高頻焊管為例，按照API SPEC 5L及GB/T 9711的相關要求對焊縫性能進行了檢測，分析了焊管母材化學成分對焊縫熔合線寬度及產(chǎn)品性能的影響。結果表明，HFW焊縫熔合線寬度隨管線鋼含C量下降而減小；對于焊接管線管，中部熔合線尺寸fn=0.02～0.08 mm，f0/fn=1.9～2.3，有利于預防加熱不充分導致的不良焊接，也利于氧化物正常排出，從而保證HFW焊管產(chǎn)品的質(zhì)量。

焊管；HFW；熔合線寬度

Abstract:In order to reasonably control the weld fusion line width of HFW pipe,increase the welding quality of welded pipe products,taking some specification three steel grade(B/X52/X60)HFW pipe as example,the weld properties were detected according to the relative requirements of API SPEC 5L and GB/T 9711.The results showed that HFW weld fusion line width reduce with pipeline steel carbon content reducing;for welded line pipe,the fusion line size（fn） of weld central section in the range of 0.02～0.08 mm,f0/fnis in the range of 1.9～2.3,It is helpful to prevent the harmful welding caused by the insufficient heating,and also helpful to the normal discharge of the oxide,so as to guarantee the quality of HFW welded pipe products.

Key words:welded pipe;HFW;fusion line width

1 HFW焊管的焊縫及其特征

1.1 HFW焊管的焊縫

HFW焊管是通過高頻電流加熱鋼帶對接邊緣到熔融態(tài)，在不添加金屬的情況下，通過擠壓完成鍛焊的制造過程。焊接過程中會在對接點熔融金屬部位形成沙漏形熔池，部分金屬得到氧化，在快速擠壓時以氧化物形態(tài)排出，進而形成完整的焊縫。高溫熔化的金屬在焊接后的焊縫中心因氧化脫碳而顏色變淺，形成一條亮線，即熔合線。

對高頻焊接后未進行熱處理的焊縫部位取樣、研磨和浸蝕后進行金相檢測，結果如圖1所示。由圖1可以觀察到完整的焊縫宏觀形貌。

圖1 高頻焊管的焊縫形貌

通常情況下，將焊縫劃分為熔合線（BL）、熱影響區(qū)（HAZ）和母材區(qū)（B）3個部分。熔合線是指高頻焊接后未進行熱處理的焊縫中心區(qū)域，由于脫碳而出現(xiàn)的狹長亮線；熱影響區(qū)是指焊縫區(qū)呈現(xiàn)出的一個雙曲線形區(qū)域，在進行焊縫熱處理后，隨晶粒的均勻細化而消失；母材區(qū)是指用于制造焊管所用基材區(qū)域，該區(qū)域在焊接過程中其微觀組織和性能沒有改變。

熔合線是HFW焊接時，成型對接狀態(tài)、熱量輸入程度及擠壓排除能力等工藝過程的綜合結果，對焊接質(zhì)量至關重要。焊縫是母材金屬熔融、冷卻再結晶后形成的，其組織及性能強化機理發(fā)生了變化。因此，焊縫熔合線的辨識和控制對最終產(chǎn)品質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。

1.2 熔合線的測量

為了便于對熔合線進行識別和控制，較為快捷直觀的方法是對焊縫區(qū)形貌進行觀察與測量，即分別測量焊管壁厚內(nèi)側(cè)、外側(cè)及中心部位亮線的寬度。也就是直接測量焊管壁厚t內(nèi)、外表面1.0 mm位置及壁厚1/2位置亮線的寬度值，測量過程如圖2所示。

圖2 焊縫熔合線測量示意圖

1.3 焊縫熔合線寬度的控制

一般對焊縫熔合線寬度的要求，大多是給出一個寬泛的參考范圍值。下面以某規(guī)格3個鋼級（B/X52/X60）高頻焊管為對象，分析其化學成分對焊管熔合線寬度及產(chǎn)品性能的影響。

1.3.1 化學成分

對某規(guī)格3個鋼級（B/X52/X60）高頻焊管母材的化學成分進行檢測，測量結果平均值見表1。

表1 某規(guī)格3個鋼級HFW焊管母材的化學成分

1.3.2 熔合線寬度

按熔合線測量方法，對某規(guī)格3個鋼級（B/X52/X60）高頻焊管焊縫的熔合線寬度進行測量，測量結果平均值見表2。

表2 某規(guī)格3個鋼級HFW焊管焊縫熔合線寬度測量結果

由表2可以看出：①鋼級B、X52和X60的熔合線寬度依次減小；②在w（C）＜0.11%的情況下，中部熔合線尺寸fn=0.02～0.08 mm；③f0/fi=1.1～1.2之時，體現(xiàn)出焊縫內(nèi)、外對接的對稱性；④f0/fn=1.9～2.3之時，呈現(xiàn)出沙漏形熔池由內(nèi)向外排除夾雜的特征；⑤將內(nèi)、外側(cè)熔池截面看成兩個對稱的梯形，則外側(cè)梯形與內(nèi)側(cè)梯形面積比為（f0+fn）/（fi+fn）， 其值接近 1.1， 表明焊接時外側(cè)排出的金屬較多。

1.4 焊縫性能檢測結果

HFW焊縫通常在焊后要進行熱處理，以細化晶粒改善焊縫性能，但這種熱處理并不能改變焊接的牢固性，即難以改善其冷焊或氧化物夾雜導致的過燒等不良焊接。為了研究HFW焊縫的性能，在熱處理后的產(chǎn)品上取樣，按照API SPEC 5L及GB/T 9711的相關要求進行焊縫性能檢測。

1.4.1 硬度

按標準要求，對某規(guī)格3個鋼級（B/X52/X60）高頻焊管焊縫區(qū)域及管體的硬度進行檢測，檢測結果平均值見表3。由表3可見，硬度檢測結果符合API SPEC 5L及GB/T 9711的相關要求。

表3 某規(guī)格3個鋼級HFW焊管硬度試驗結果

1.4.2 拉伸性能

按標準要求對某規(guī)格3個鋼級（B/X52/X60）高頻焊管焊縫的抗拉強度進行檢測，統(tǒng)計結果如圖3所示。由圖3可見，焊縫抗拉強度符合API SPEC 5L及GB/T 9711的相關要求。

圖3 焊縫抗拉強度統(tǒng)計結果

1.4.3 沖擊性能

按標準要求，對某規(guī)格3個鋼級（B/X52/X60）高頻焊管焊縫的沖擊韌性進行檢測，統(tǒng)計結果如圖4所示。由圖4可見，焊縫沖擊韌性符合API SPEC 5L及GB/T 9711的相關要求。

從以上對焊縫的檢測結果可以看出，該HFW焊管焊縫的焊接性能良好，說明焊接過程工藝參數(shù)設置合理，可以有效保障焊管產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

圖4 焊縫沖擊韌性統(tǒng)計結果

2 熔合線控制的延伸

對HFW焊管焊縫熔合線尺寸的測量與控制，不僅可以為焊接過程的工藝參數(shù)設定提供參考，也有利于提升焊管產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

熔合線是HFW焊接過程中各工藝參數(shù)的綜合結果。熔合線尺寸過小是由于焊接接觸面熔化不充分或熔融金屬被擠出過多的結果，這容易導致脆性焊接；熔合線尺寸過大會使得大量氧化夾雜物排除不充分而殘留在焊縫中，致使焊縫強度和韌性降低。

熔合線控制技術的改善，一方面依賴于成型技術的改進，另一方面也依賴于高頻加熱效應的優(yōu)化和氧化物能否充分排出。

3 結束語

對HFW焊管焊縫熔合線尺寸的測量與控制，不僅可以為焊接過程的工藝參數(shù)設定提供參考，也有利于提升焊管產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，確保焊管產(chǎn)品的性能。研究表明，HFW焊縫熔合線寬度隨管線鋼含C量下降而減小；對于焊接管線管，中部熔合線尺寸fn=0.02～0.08 mm，f0/fn=1.9～2.3，有利于預防加熱不充分導致的不良焊接，也利于氧化物正常的排出，從而保證HFW焊管的焊接質(zhì)量。

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Weld Fusion Line Width Control of HFW Pipe

HU Songlin
（Tube,Pipe and Bar Business Unit,Baoshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Shanghai 201900,China）

TG406

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.06.011

2017-03-15

編輯：謝淑霞

胡松林（1963—），男，高級工程師，長期從事焊管生產(chǎn)、產(chǎn)品研發(fā)與質(zhì)量控制等工作。