小口徑薄壁厚直縫埋弧焊管咬邊缺陷產生原因及預防措施

韓顯柱 劉明 高德 任明明 卓士波

摘 要：介紹了采用卷板連續(xù)成型制造直縫埋弧焊管的生產工藝（MCOE），其成型穩(wěn)定性較高，鋼管幾何尺寸控制良好，質量穩(wěn)定，原料成本具有明顯競爭優(yōu)勢。同時指出了用該成型工藝制造小口徑薄壁直縫埋弧焊管的咬邊缺陷產生原因，提出具體預防控制措施，這在MCOE工藝生產小口徑薄壁厚直縫埋弧焊管提速穩(wěn)質增效上發(fā)揮了重要作用。

關鍵詞：小口徑;薄壁厚;直縫埋弧焊管咬邊;原因;措施

Abstract： This article introduces the manufacture process of SAWL pipe by coil continuous forming （MCOE）， which has high forming stability， good physical dimension of pipes， stable quality and obvious competitive advantage in raw material cost. At the same time， it points out the cause of undercuts occurred in the small diameter and thin wall thickness SAWL pipes manufactured by this forming process and puts forward the specific preventive and control measures， which plays an important role in the speed improvement， stability and efficiency improvement of the small diameter and thin wall thickness SAWL pipe produced by MCOE process.

Key words： small Diameter， thin wall thickness， SAWL pipe， undercuts，cause，measure

0 前言

全球油氣管線總里程超過260萬公里，管道數(shù)量超過3800條，至2025年，國內油氣管網規(guī)模將提升至24萬公里，其中天然氣、原油、成品油管道里程數(shù)分別達到16.3萬公里、3.7萬公里、4萬公里。屆時，全國省市區(qū)成品油、天然氣主干管網將全部實現(xiàn)聯(lián)通，這標志著國內油氣管網建設正步入飛速發(fā)展的高潮[1]。國家管網公司成立后，對于國家重點管線工程，主要采用大口徑的直縫埋弧焊管，對于一些地方管線、城市管網改造的設計管徑和設計壓力相對較小，這些管線在穿越某些要求較高的地區(qū)時，主要還是使用小口徑直縫埋弧焊管。因此，小口徑直縫埋弧焊管的發(fā)展，對于我國焊管產品和產量的均衡發(fā)展具有重大意義。

1? MCOE直縫埋弧焊管生產工藝

生產工藝流程：上卷→開卷→拆卷直頭矯平機→剪切對焊→送料→飛焊車及活套→精矯平機→銑邊機→廢屑清掃→粗成型→精成型（全自動柔性成型）→內焊（埋弧焊）→清理外焊縫→拉料→飛切→清理焊渣→外焊（埋弧焊）→定徑矯直→擴徑→X光探傷→水壓試驗→平頭倒棱→超聲波探傷→稱重測長→噴標→入庫。

鋼帶在MCO成型后于6點鐘位置采用埋弧焊進行預焊，如圖1。預焊進行的同時用等離子切割機將預焊后的鋼管切割成規(guī)定長度，然后將預焊鋼管輸送到多條外焊機組在12點鐘位置進行外焊埋弧精焊，如圖2。

這種MCO柔性成型方式，成型機架采用等剛性機架，成型時鋼板變形充分，應力分布均勻，鋼管幾何尺寸控制較好。采用軋輥快換技術，更換軋輥時換輥機構將軋輥軸系整體拉出，將裝好軋輥的備用軸系送入機架，這樣就減少了換輥輔助時間，具備快速換道，提高了生產效率，更好的適應市場需求，使得多規(guī)格小批量訂單的生產更便捷。

2 內焊咬邊缺陷產生原因分析

對于D508mm以下的小口徑薄壁厚直縫管，焊接速度超過1.6m/min時，小口徑薄壁厚直縫埋弧焊管內焊縫主要缺陷是咬邊，沿焊趾的母材部位產生的溝槽或凹陷叫咬邊[2]。缺陷的存在會引起應力集中[3]，降低接頭的承載能力和疲勞強度，在腐蝕環(huán)境中會積聚腐蝕物而加速局部腐蝕。若咬邊存在管端時，直接造成管端切頭的產品浪費，同時增加鋼管處理的逆流程，嚴重影響生產效率和焊縫一次通過率。

2.1咬邊存在的位置

咬邊主要分布在焊縫熔合線邊緣，呈不規(guī)律性分布在焊縫兩側，不滿足GB/T9711標準9.10.2條款判定要求，都能通過目視檢查定位，工業(yè)電視靜態(tài)抓圖咬邊清晰可見，金相顯示咬邊深度超過0.5mm。具體見圖3-8。

2.2咬邊產生原因

D508mm以下規(guī)格鋼管的曲率較小，焊縫熔池在這種焊接位置下，熔池的流動性變差。熔池金屬所受重力與熔池金屬的密度和熔池體積成正比，重力破壞了熔池的穩(wěn)定性從而使焊縫成形變差[4]。因此小口徑薄壁厚直縫管在6點鐘內焊位置，焊接速度提高后，焊接熔池受力會發(fā)生較大改變，同時熔池冷卻速度也相對加快，兩者作用是焊縫產生咬邊的主要原因。

小口徑薄壁厚直縫管通常內焊選用單絲或雙絲焊接，焊接過程中一絲多采用直流焊接電源，直流產生的磁場強度相對較高，在熔池中產生較大作用力[5]，焊接速度提高后，阻礙液態(tài)金屬的流動更明顯，使焊縫產生咬邊。

3.預防控制措施

3.1調整熔池表面張力

（1）保證焊縫理化性能前提下，選擇使用焊劑堿度1.2～1.3的焊劑，增大熔池流動性。

（2）內焊1#絲采用直流正接，相同焊接速度情況下，提高焊絲的熔敷量，增大熔池流動性。

在焊縫金屬熔池中，表面張力阻礙熔池金屬在電弧壓力作用下的流動。相同的電流電壓下，選用低堿度的焊劑、改變內焊1#絲的極性來增大焊絲的熔敷量，增加熔池流動性，減小液態(tài)金屬的表面張力，從而使流動范圍增大，能消除咬邊現(xiàn)象。

3.2采用直徑雙3.2mm焊絲

內焊采用直徑3.2mm焊絲，細絲相對比粗絲的電流密度更集中，高速等離子流力對熔滴產生的推力相應更大，作用在熔池液態(tài)金屬上的電弧壓力也更大，液態(tài)金屬流動范圍增大，有利于焊縫邊緣咬邊的消除。

3.3采用單絲交流方波埋弧焊工藝

交流方波埋弧焊是指輸出電流為交流的埋弧焊接方式，在一個周期中既有直流正接又有直流反接，相對于直流埋弧焊，交流方波埋弧焊通過調節(jié)電流頻率，正負半波占空比，交流偏置等方式，自由調節(jié)熔深、熔覆率和焊縫形狀。根據(jù)筆者單位生產應用情況，10mm以下壁厚內焊埋弧焊接采用單絲交流，電流頻率50Hz，正負占空比50%：50%，無偏置工藝，可有效解決咬邊缺陷，焊接速度能提高到1.8m/min穩(wěn)定焊接。

3.4其他方面調整

（1）焊接參數(shù)、焊頭參數(shù)、送絲穩(wěn)定性

弧壓波動產生的咬邊，應調整送絲系統(tǒng)、焊頭參數(shù)、焊接工藝參數(shù)或更換磨損嚴重的導電嘴來保證電弧穩(wěn)定燃燒。

（2）焊接線路優(yōu)化

當焊接大線接線端和焊槍連接處接觸不良或者焊接電源地線接線與工作臺連接不良會導致焊接時焊機輸出的電壓與實際焊接電壓會有較大壓差，造成的壓降會導致焊接電弧不穩(wěn)，也更容易產生咬邊缺陷。通過對內焊焊接銅排和焊接線路進行優(yōu)化改造，據(jù)實增加銅排的橫截面積和焊接電纜的數(shù)量，緊固導電臂接線柱和焊接大線接線端面緊密壓實，同時盡量減少林肯焊機到焊點的距離，減小壓降，有利于咬邊缺陷消除。

3.5改變內焊的焊接工藝

MAG焊預焊作為打底焊縫，預焊后按照規(guī)定長度切斷，再進行內焊埋弧焊、外焊埋弧焊焊接，精焊時候預焊焊縫全部熔化和埋弧焊焊縫形成熔池重新結晶凝固，改變焊接熔池的受力和延長能熔池冷卻時間，試驗結果表明有利于消除咬邊缺陷。

4.結論

（1）上述調整經驗與方法，結合國內某些項目工藝的摸索與實施，在國內某些重大城市管網改造項目管線生產中也得到了廣泛的推廣應用，取得的良好效果。解決了采用卷板連續(xù)成型制造直縫埋弧焊管的生產工藝（MCOE）制造小口徑薄壁直縫埋弧焊管焊接速提到1.6m/min以上咬邊缺陷，在生產小口徑薄壁厚直縫埋弧焊管提速、穩(wěn)質、增效上發(fā)揮了重要作用，更發(fā)揮了MCOE直縫埋弧焊管生產線的產能。

（2）提出了MCOE直縫埋弧焊管在6點鐘位置內焊采用MAG焊預焊作為打底焊縫的改造設想，生產效率能達到目前埋弧焊內焊生產效率的2倍以上。

參考文獻：

[1]中國產業(yè)信息網. 2018 年中國油氣管道里程統(tǒng)計及行業(yè)“十四五”投資展望[EB/OL]. 2019-10-17[2020-04-20].

[2]李青松.咬邊缺陷分析[J].科技信息，2009（34）：319.

[3] 王曉雷.承壓類特種設備無損檢測相關知識[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2015.

[4]姜煥中.電弧焊及電渣焊[M].北京：機械工業(yè)出版社. 1993：79-84.

[5] 王立柱，龔健，孟凡佳等.直縫埋弧焊管焊縫產生咬邊缺陷原因分析.鋼管，2016，45（5）：38-40.