在螺旋埋弧焊管生產(chǎn)過程中,常見的成型工藝缺陷有管徑超差、錯(cuò)邊、成型縫時(shí)緊時(shí)松、內(nèi)緊外松、開縫、“噘嘴(竹節(jié))”、裂紋等。
(1)管徑超差
①帶鋼“月牙彎”是對(duì)螺旋埋弧焊管管徑影響非常大的一個(gè)因素。在生產(chǎn)過程中,在成型角不變的情況下,為了防止錯(cuò)邊只能通過改變管徑來消除“月牙彎”。
②帶鋼工作寬度或成型角度不合適。
③成型過程中的阻力是決定管徑大小的主要因素。在帶鋼工作寬度與成型角度確定之后,焊管設(shè)備成型過程中的阻力大小將起主導(dǎo)作用。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明:阻力與管徑成正比,即阻力大時(shí)管徑增大,阻力小時(shí)則管徑變小。在成型過程中,當(dāng)鋼管彈復(fù)量的平均值為0時(shí),如果再壓內(nèi)壓輥或升高焊墊輥,都會(huì)使阻力增加,從而導(dǎo)致管徑增大;反之,管徑變小。
圖6-45 鋼帶鐮刀彎在內(nèi)控輥成型器內(nèi)的狀況示意圖
④預(yù)彎量增大,則管徑也隨之增大;反之,管徑變小。
⑤連續(xù)正錯(cuò)邊,則管徑增大;連續(xù)反錯(cuò)邊,則管徑變小。
(2)錯(cuò)邊 錯(cuò)邊是指在鋼管成型對(duì)縫處,由于帶鋼兩邊緣沒有對(duì)正而造成帶鋼沿厚度方 向的平行偏差。錯(cuò)邊將會(huì)造成鋼管有效壁厚的減小,從而使鋼管的力學(xué)性能受到一定影響。由于錯(cuò)邊的不可修復(fù)性,所以錯(cuò)邊是造成鋼管降級(jí)的主要因素之一。
①帶鋼“月牙彎”是造成錯(cuò)邊的主要因素。生產(chǎn)過程中,在成型角不變的情況下,為了保證管徑合適,只能通過錯(cuò)邊來消除“月牙彎”。
②工藝參數(shù)不合適,導(dǎo)致帶鋼遞送邊與自由邊變形不均勻。差異過大則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)邊。
③成型縫咬合過緊。如帶鋼跑偏,會(huì)使帶鋼在成型器入口處角度增大,促使后橋角度偏大。從而使成型縫咬合過緊而造成錯(cuò)邊。
④焊墊輥位置不正。焊墊輥一般偏向1#成型輥10~15mm,偏心距過小則易造成正錯(cuò)邊.偏心距過大則易造成反錯(cuò)邊。
⑤焊偏也是造成錯(cuò)邊的一個(gè)因素。長距離嚴(yán)重焊偏,會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)邊或開縫,因此要控制焊偏。
⑥帶鋼的遞送不好會(huì)造成帶鋼跑偏,使帶鋼邊緣擠厚。從而造成錯(cuò)邊。
⑦帶鋼寬度不均一或帶鋼邊緣狀況不好,容易造成錯(cuò)邊。
⑧帶鋼表面不平整,有較大波浪或硬彎都非常容易造成錯(cuò)邊,因此要盡量提高矯平效果。
⑨預(yù)彎輥輥型不合適或帶鋼兩端預(yù)彎量不合適,均易造成錯(cuò)邊,因此要有效的調(diào)整預(yù)量。
(3)焊管設(shè)備成型縫時(shí)緊時(shí)松、內(nèi)緊外松或開縫
①帶鋼工作寬度不均勻或帶鋼邊緣狀況不好,易造成成型縫時(shí)緊時(shí)松。
②焊墊輥高度不夠,易造成成型縫內(nèi)緊外松。
③帶鋼邊緣沒有坡口或存在倒坡口(帶鋼上寬下窄),造成成型縫內(nèi)緊外松。
④立輥形狀不合適(通常成型器入口處采用斜立輥)。擠傷帶鋼下邊緣造成成型縫內(nèi)緊外松。
⑤帶鋼遞送狀態(tài)不好,易造成成型縫內(nèi)緊外松、時(shí)緊時(shí)松現(xiàn)象。
⑥開縫通常是由于帶鋼變形嚴(yán)重不足、工作寬度變化過快或內(nèi)焊長距離焊偏造成的。
(4)“噘嘴(竹節(jié))”
①1#、2#、3#成型輥各排輥小輥的間距過大,使帶鋼自由邊懸空,造成帶鋼變形不充分而產(chǎn)生“噘嘴(竹節(jié))”。
②帶鋼在成型器三輥彎板機(jī)的作用下會(huì)發(fā)生彈塑性變形,變形過程中,帶鋼上表面受擠壓,下表面受拉,因此在內(nèi)焊焊接過程中,受反作用力的影響,成型縫兩邊緣會(huì)向外翻起產(chǎn)生“噘嘴(竹節(jié))”。
③由于立輥擠壓或剪邊、銑邊后帶鋼邊緣形狀不好,成型縫嚙合時(shí)內(nèi)緊外松,易形成“噘嘴(竹節(jié))”。
④由于2#、3#成型輥分別要為內(nèi)焊槍和焊墊輥留出空間,因而形成變形盲區(qū),造成r帶鋼遞送邊變形不足而產(chǎn)生“噘嘴(竹節(jié))”。
⑤剪邊后的帶鋼兩邊緣向下翹曲,造成“噘嘴”。
⑥由于2#成型輥是懸臂式結(jié)構(gòu),生產(chǎn)過程中會(huì)發(fā)生彈性變形,因此2#輥需要有一定的“低頭”量來抵消這種變形。通常情況下,“低頭”量越大,“噘嘴(竹節(jié))”現(xiàn)象越明顯。
⑦成型角度偏小,容易加劇“噘嘴(竹節(jié))”現(xiàn)象。
(5)裂紋裂紋存在于焊縫或熱影響區(qū)內(nèi)部或表面,主要是由于環(huán)境溫度過低、焊接冷卻速度過快或焊接過程中存在外力以及原料化學(xué)殘分不理想等因素而造成的。裂紋是最尖銳的一種缺口,其缺口根部曲率半徑接近于零,有明顯的應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力水平尖銳且超過缺口根部的強(qiáng)度極限時(shí),裂紋就會(huì)擴(kuò)展,甚至貫穿整個(gè)截面而造成管線管失效。裂紋還會(huì)加劇管線管的疲勞破壞和應(yīng)力腐蝕破壞,因此是管線管中危害極大的一種工藝缺陷。在鋼管生產(chǎn)中是必須絕對(duì)避免的。
成型所致裂紋產(chǎn)生的主要原因是應(yīng)力的作用,鋼管焊接冷裂紋決定于焊接時(shí)所處的應(yīng)力狀態(tài),甚至在某些情況下,應(yīng)力狀態(tài)還起決定性作用。管線鋼焊接過程中的應(yīng)力有不同的來源,包括不均勻加熱及冷卻過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力;金屬相變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力。在此情況下產(chǎn)生的裂紋主要體現(xiàn)為結(jié)晶裂紋狀態(tài),通過調(diào)整焊接狀態(tài)比較有效。下面重點(diǎn)分析由自身拘束條件所致應(yīng)力和焊接工藝所致附加應(yīng)力造成的裂紋。
①在生產(chǎn)過程中由于內(nèi)壓輥壓下量不足,導(dǎo)致帶鋼變形不足可能造成裂紋。
②由于帶鋼變形不均勻而產(chǎn)生的裂紋。
③焊墊輥升得過高或輥型不當(dāng)都有可能造成裂紋的產(chǎn)生。
④原料存在硬彎及局部硬度不均勻也可能引起裂紋,此種情況通常伴隨著錯(cuò)邊的產(chǎn)生。
⑤成型過程中受力狀態(tài)發(fā)生變化所致裂紋。
⑥由于帶鋼工作寬度變化,后橋角度偏大,成型縫過緊也可能造成裂紋。
⑦由于螺旋埋弧焊管內(nèi)、外焊縫都是在鋼管作螺旋狀運(yùn)動(dòng)過程中同時(shí)進(jìn)行焊接的,內(nèi)焊通常采用—F坡”焊,內(nèi)焊縫的熔池?zé)o法實(shí)現(xiàn)在水平位置凝固,只能在有坡度的內(nèi)表面凝固,加之焊接速度比較快,鋼管的液態(tài)熔池金屬必須在運(yùn)動(dòng)的鋼管上完成結(jié)晶過程,使焊縫成型條件惡化可能產(chǎn)生裂紋。
⑧外焊裂紋是厚壁螺旋埋弧焊管的特有缺陷。其產(chǎn)生主要原因是成型系數(shù)不合適,而造成成型系數(shù)不合適的原因主要是外焊坡口及坡口寬度不合適。
⑨鋼的化學(xué)成分、淬硬傾向及鋼中的氫含量也是導(dǎo)致焊接過程中產(chǎn)生冷裂紋的重要
原因。
(6)常見成型工藝缺陷的預(yù)防措施 為了確保成型穩(wěn)定,有效減少成型工藝缺陷,可采取如下的具體措施。
①為了有效地把管徑和錯(cuò)邊控制在合適的范圍內(nèi),必須盡可能減小帶鋼的“月牙彎”,
嚴(yán)格控制帶鋼對(duì)頭質(zhì)量,精心控制帶鋼的遞送,避免人為造成“月牙彎”。
②必須保證帶鋼的工作寬度和成型角度,制定合適的成型工藝參數(shù)。
③要保證焊墊輥位置適當(dāng)、原料的邊緣及矯平質(zhì)量符合要求、預(yù)彎的調(diào)整合理,避免出現(xiàn)人為硬彎。
④盡量以銑邊機(jī)替代圓盤剪,既可以減少原材料消耗,又可以有效提高帶鋼邊緣質(zhì)量。
⑤合理布置成型器1#、9#、3#輥,在保證焊墊輥的強(qiáng)度情況F,應(yīng)盡可能減少焊墊輥所占空間,以確保1#和3#輥能夠調(diào)整到位。使遞送邊變形充分;同時(shí)還要準(zhǔn)確計(jì)算3個(gè)輥的排列位置。盡可能減少變形盲區(qū),保證3個(gè)輥處在一條螺旋線上,且輥?zhàn)討?yīng)盡可能靠近帶鋼邊緣,使帶鋼邊緣能夠得到合理充分的變形。
⑥利用焊墊輥在成型縫嚙合點(diǎn)和內(nèi)焊焊點(diǎn)之間的支撐作用,合理調(diào)整焊墊輥的位置、高度和角度,這對(duì)有效避免成型工藝缺陷也是非常有效的。
⑦避免出現(xiàn)人為硬彎,減少帶鋼工作寬度及遞送位置的變化,及時(shí)調(diào)整立輥位置,使帶鋼邊緣平整,不出現(xiàn)或盡量減少擠厚,從而穩(wěn)定成型,確保良好的成型合縫狀態(tài)。
⑧在使用圓盤剪的情況下,應(yīng)合理調(diào)整圓盤剪的側(cè)間隙及上下間隙,及時(shí)更換磨鈍的剪刃。確保圓盤剪處于良好的工作狀態(tài),使板邊不出現(xiàn)臺(tái)階、毛刺、斜面等。
⑨在厚壁螺旋埋弧焊管生產(chǎn)過程中,要選擇合適的坡口型式及角度,采用先剪邊后銑邊或雙銑邊工藝,提高板邊加工工藝,改善成型合縫狀態(tài)。
⑩選擇合理的焊接工藝參數(shù),保持良好的焊縫成型系數(shù),避免出現(xiàn)窄而深的合縫間隙。
⑩合理調(diào)整內(nèi)焊焊點(diǎn)的位置,讓焊點(diǎn)偏離嚙合區(qū),在成型穩(wěn)定的狀態(tài)下焊接,保證成型合縫狀態(tài)良好,以減少嚙合區(qū)成型合縫變化對(duì)內(nèi)焊質(zhì)量的影響。
⑥因帶鋼變形嚴(yán)重不足而造成的裂紋,可通過帶鋼的彈復(fù)量很容易作出判斷,通常情況下將彈復(fù)量控制在±10mm可避免產(chǎn)生此裂紋。
⑥可以通過調(diào)整內(nèi)壓輥的傾角以及調(diào)整預(yù)彎量來解決由于帶鋼變形不均勻而產(chǎn)生的裂紋。
⑩通過調(diào)整內(nèi)焊點(diǎn)位置和降低焊速,使焊縫盡可能在穩(wěn)定的狀態(tài)下成型,可以有效地
消除內(nèi)焊縫液態(tài)熔池金屬結(jié)晶過程中產(chǎn)生的微裂紋。
⑩通常情況下,將+1016 mm×17. 5mm鋼管坡口寬度控制在5~7mm范圍內(nèi),不會(huì)產(chǎn)生裂紋,也不會(huì)產(chǎn)生未焊透等缺陷。合理選擇成型工藝參數(shù),對(duì)增加生產(chǎn)過程中成型的穩(wěn)定性和減少成型工藝缺陷是非常關(guān)鍵的。