高頻焊接制管缺陷分析

高頻焊接制管缺陷分析

1高頻焊接的鋼帶邊緣在高頻焊接和制造管道的情況下，鋼帶被送到縫紉機(jī)，形成圓形管道的銷(xiāo)壓結(jié)構(gòu)（圖1）。感應(yīng)圈附近的磁體產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過(guò)帶的邊緣。由于自身阻力，帶的邊緣被加熱。通過(guò)壓縮輥壓縮，鋼帶邊緣形成焊接結(jié)構(gòu)。高頻焊接沒(méi)有添加量,實(shí)際上是一種鍛焊。如果生產(chǎn)過(guò)程控制得比較好,熔合面不會(huì)有殘留熔融金屬或氧化物。圖2為鋼帶邊緣經(jīng)過(guò)擠壓輥時(shí),液態(tài)金屬或氧化物被擠出焊縫的情況。如果切割一塊焊縫試樣進(jìn)行拋光腐蝕并在金相低倍顯微鏡下觀察,正常的高頻焊接區(qū)域形貌如圖3所示,熱影響區(qū)形狀像個(gè)腰鼓。這是由于高頻電流從鋼帶邊緣的端部和邊部進(jìn)入產(chǎn)生的熱量。熱影響區(qū)顏色比母材金屬略深一些,因?yàn)楹附訒r(shí)碳向加熱的鋼帶邊緣擴(kuò)散,而焊縫冷卻時(shí)碳被吸收在鋼帶邊緣。特別是靠近邊緣的碳氧化成CO或CO2,剩下的鐵沒(méi)有碳,顏色變淺。從金相試樣上看到的金屬流線實(shí)際上是鋼坯軋制成鋼帶時(shí),高碳區(qū)被軋制成平坦的、非連續(xù)性的平面。金屬流線升角的大小常用于評(píng)價(jià)焊接時(shí)的頂鍛程度。2高頻焊接制管高頻焊管可能出現(xiàn)各種各樣的缺陷,缺陷叫法也不完全統(tǒng)一。結(jié)合我們焊管生產(chǎn)的特點(diǎn),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的缺陷有下列幾種:(1)夾雜物;(2)熔合不足;(3)粘焊;(4)鑄焊;(5)氣孔;(6)跳焊。這些缺陷不是全部存在,但在高頻焊接制管中經(jīng)常出現(xiàn)。下面所提供的是每種缺陷的示意圖而非實(shí)際圖片,主要用以說(shuō)明缺陷的主要特征,而不要誤認(rèn)為焊接缺陷僅在某一特定工藝條件下產(chǎn)生的。文中圖示缺陷是焊縫經(jīng)壓扁試驗(yàn)開(kāi)裂的斷口形貌。2.1混合材料2.1.1金屬質(zhì)量和鋼的基本物系這類(lèi)缺陷是金屬氧化物沒(méi)有隨熔融金屬擠出而被夾在熔面上,是在V型口熔融金屬表面形成的。在V型口,如果鋼帶邊緣的接近速度小于熔化速度,熔化速度高于熔融金屬排出速度,在V型口頂點(diǎn)之后,形成一個(gè)含有熔融金屬和金屬氧化物的狹窄扇形區(qū),這些熔融金屬和金屬氧化物經(jīng)過(guò)正常的擠壓不能完全排出,從而形成一個(gè)夾雜帶,如圖4。焊縫壓扁后,在焊縫斷口很容易看到黑色過(guò)燒夾雜物。黑色過(guò)燒夾雜物與焊縫纖維狀斷口相比,斷口平坦、無(wú)金屬光澤。這類(lèi)缺陷可能單個(gè)出現(xiàn),也可能呈鏈狀出現(xiàn)。如圖5所示。當(dāng)V型口角度變窄,例如角度小于4°或鋼中硅錳之比小于8∶1時(shí),夾雜物幾率增加。但是,鋼中硅錳之比相對(duì)于其它影響因素難控制一些,主要取決母材的化學(xué)成分。黑色過(guò)燒夾雜物的防止措施:(1)V型角度控制在4°~6°;(2)可靠的工裝設(shè)備安裝保證穩(wěn)定的V型長(zhǎng)度;(3)相對(duì)較低的焊接溫度獲得較好的焊縫質(zhì)量;(4)避免鋼帶母材的化學(xué)成分中硅錳之比小于8∶1。2.1.2短路電流引起的預(yù)弧這類(lèi)缺陷叫白色過(guò)氧化夾雜物并不確切,實(shí)際上是預(yù)弧造成的熔合不足,且沒(méi)有異物夾在熔合面上。通常情況下,毛刺或鐵銹落到V型口頂點(diǎn)前形成過(guò)橋,造成短路而引起電流跳動(dòng)產(chǎn)生預(yù)弧現(xiàn)象。短路電流瞬間改變了電流方向,降低了V型口的熱量,如圖6所示。瞬間電流產(chǎn)生非常小的缺陷,一般缺陷長(zhǎng)度不會(huì)超過(guò)壁厚尺寸,從焊縫斷口可以看到一個(gè)小光亮、平坦的平面被纖維狀斷口所包圍,如圖7所示。白色過(guò)氧化夾雜物缺陷防止措施:(1)V型口角度控制在4°~6°;(2)減少剪邊毛刺;(3)合適的邊緣處理或減少鋼帶邊緣損傷;(4)保持冷卻水干凈不流向V型口。2.2結(jié)合不足2.2.1外來(lái)熱量不足兩鋼帶邊緣沒(méi)有完全熔合形成良好的焊縫,開(kāi)裂邊緣呈藍(lán)色,表明鋼帶曾被加熱,如圖8所示。但鋼帶邊緣平坦、光滑,表明焊縫沒(méi)有完全熔合,這類(lèi)缺陷最直接的主要原因是焊接加熱不足。但考慮到其它相關(guān)因素,例如焊縫輸入熱量V型口的角度和V型口加熱長(zhǎng)度,磁棒安裝和冷卻條件、感應(yīng)圈尺寸等,這些因素會(huì)單獨(dú)或綜合作用而產(chǎn)生缺陷。防止熔合不足的措施:(1)焊接輸入量與材料廠特性、焊接速度相匹配;(2)磁棒的位置超過(guò)擠壓輥中心位置3.2~3.5mm;(3)V型開(kāi)口角度不超過(guò)管徑長(zhǎng)度;(4)V型口角度不超過(guò)6°;(5)感應(yīng)圈內(nèi)徑與鋼管外徑之差不大于6.5mm;(6)鋼帶寬度適合滿足生產(chǎn)管徑的要求。2.2.2缺陷方面的處理焊縫邊部熔合不足產(chǎn)生的原因是熔合面沒(méi)有金屬。這類(lèi)缺陷經(jīng)常出現(xiàn)在鋼帶邊緣的外側(cè)或內(nèi)側(cè)和過(guò)氧化物缺陷相似。這類(lèi)缺陷是因?yàn)楹缚p在3點(diǎn)位置壓扁開(kāi)裂。如圖9所示,斷口形貌平坦無(wú)光澤。邊部熔合不足的預(yù)防措施:(1)鋼帶邊緣平直平行對(duì)接;(2)使用較好的擠壓量;(3)如果是鼓包造成的缺陷的斷口是銀灰色的,使用較大的焊接熱輸入。2.2.3中部熔合不足熔合不足的焊縫破壞后,壁厚中部斷面呈一平坦銀灰色條帶,如圖10所示,邊緣呈纖維狀。這種焊接缺陷是焊接速度要求的功率超過(guò)焊機(jī)的額定功率放大器,鋼帶邊緣整個(gè)端邊沒(méi)有充分的時(shí)間加熱到焊縫所要的最佳溫度和加熱深度而產(chǎn)生的。中部熔合不足也可能是由于排出未充分發(fā)揮,接合面未完全正確排出的熔融金屬而產(chǎn)生的。中部熔合不足的預(yù)防措施:(1)增加焊機(jī)功率;(2)增加焊接擠壓量;(3)增加V型口長(zhǎng)度或降低焊接速度。2.3殘留鑄態(tài)金屬及其焊接特點(diǎn)鑄焊是結(jié)合面上的熔融金屬?zèng)]有全部排出,熔合面上的鑄態(tài)金屬和過(guò)燒氧化物一樣含有金屬氧化物,斷口形貌根據(jù)殘留鑄態(tài)金屬含量不同而變化?，F(xiàn)大部分呈現(xiàn)平坦、脆性形貌,金相檢測(cè)可以看到在結(jié)合面上有鑄態(tài)金屬,如圖11所示。鑄焊焊管壓扁時(shí)開(kāi)裂。鑄焊的防止措施:(1)增加焊接排出;(2)增加鋼帶寬度。2.4亮點(diǎn)火的清除焊接結(jié)合面上的氣孔是高溫焊接但排出不充分造成的。斷口形貌呈纖維狀,球狀的光亮白點(diǎn)隨機(jī)分布在整個(gè)斷口上,白點(diǎn)出現(xiàn)在外壁時(shí),白點(diǎn)的表面現(xiàn)象由于氧化而呈黑色。如圖12所示。外毛刺清除前可以看到小的氣孔,外毛刺清除后在熔合線上也可以看到氣孔。氣孔的預(yù)防措施:(1)減少焊接輸入量;(2)增加擠壓量。2.5波浪狀外側(cè)缺陷跳焊有多種形式,如圖13。通常情況下,這類(lèi)缺陷有規(guī)則連續(xù)分布,壁厚外側(cè)缺陷類(lèi)似波浪狀缺陷,一般以等距離出現(xiàn)間距。跳焊的預(yù)防措施:(1)增加焊接電流的濾波設(shè)備;(2)檢查輸入電壓;(3)檢查輥?zhàn)雍洼S。3確定磁棒使用時(shí)造成的一些基實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常是幾個(gè)因素綜合作用產(chǎn)生缺陷,一個(gè)狹窄的V型口并不是一定產(chǎn)生過(guò)燒氧化物,除非擠壓量略小于一個(gè)正常值。而小的擠壓量可能是鋼帶縱剪寬度略窄或工裝磨損設(shè)備安裝不合適造成的。焊接缺陷的產(chǎn)生還有焊區(qū)外的原因,例如冷焊可能由于冷卻泵出現(xiàn)抽空現(xiàn)象,不能使磁棒充分冷卻。磁棒瞬間變熱,使得集中在V型口熱量降低,發(fā)生冷焊現(xiàn)象。在冷卻泵全部不能正常工作,磁棒完全失效之前,增加焊接輸入量可以防止冷焊缺陷的發(fā)生。防止缺陷的最好方法就是查清缺陷的根本原因,盡量搜集可能產(chǎn)生缺陷的各種操作參數(shù)。確定有關(guān)參數(shù),如工作寬度、焊接速度屏流屏壓柵流、擠壓量等,觀察實(shí)際運(yùn)行,記錄要以發(fā)現(xiàn)異常波動(dòng),以分析產(chǎn)生缺陷的原因?yàn)橹?。生產(chǎn)時(shí)可能設(shè)定值略超出正常值,但是幾個(gè)相關(guān)變量同時(shí)略超過(guò),累計(jì)結(jié)果表明足以產(chǎn)生缺陷。在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)常見(jiàn)的缺陷及其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析歸類(lèi)總結(jié),這對(duì)缺陷經(jīng)驗(yàn)