HFW焊管焊缝熔合线宽度的控制

2017-10-11胡松林

焊管 2017年6期

关键词：钢级热处理规格

胡松林

（宝钢股份有限公司钢管条钢事业部，上海201900）

HFW焊管焊缝熔合线宽度的控制

胡松林

（宝钢股份有限公司钢管条钢事业部，上海201900）

为了合理地控制HFW焊管焊缝熔合线的宽度，提高焊管产品的焊接质量，以某规格3个钢级（B/X52/X60）高频焊管为例，按照API SPEC 5L及GB/T 9711的相关要求对焊缝性能进行了检测，分析了焊管母材化学成分对焊缝熔合线宽度及产品性能的影响。结果表明，HFW焊缝熔合线宽度随管线钢含C量下降而减小；对于焊接管线管，中部熔合线尺寸fn=0.02～0.08 mm，f0/fn=1.9～2.3，有利于预防加热不充分导致的不良焊接，也利于氧化物正常排出，从而保证HFW焊管产品的质量。

焊管；HFW；熔合线宽度

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焊管的焊缝及其特征

1.1 HFW焊管的焊缝

HFW焊管是通过高频电流加热钢带对接边缘到熔融态，在不添加金属的情况下，通过挤压完成锻焊的制造过程。焊接过程中会在对接点熔融金属部位形成沙漏形熔池，部分金属得到氧化，在快速挤压时以氧化物形态排出，进而形成完整的焊缝。高温熔化的金属在焊接后的焊缝中心因氧化脱碳而颜色变浅，形成一条亮线，即熔合线。

对高频焊接后未进行热处理的焊缝部位取样、研磨和浸蚀后进行金相检测，结果如图1所示。由图1可以观察到完整的焊缝宏观形貌。

图1 高频焊管的焊缝形貌

通常情况下，将焊缝划分为熔合线（BL）、热影响区（HAZ）和母材区（B）3个部分。熔合线是指高频焊接后未进行热处理的焊缝中心区域，由于脱碳而出现的狭长亮线；热影响区是指焊缝区呈现出的一个双曲线形区域，在进行焊缝热处理后，随晶粒的均匀细化而消失；母材区是指用于制造焊管所用基材区域，该区域在焊接过程中其微观组织和性能没有改变。

熔合线是HFW焊接时，成型对接状态、热量输入程度及挤压排除能力等工艺过程的综合结果，对焊接质量至关重要。焊缝是母材金属熔融、冷却再结晶后形成的，其组织及性能强化机理发生了变化。因此，焊缝熔合线的辨识和控制对最终产品质量起到决定性作用。

1.2 熔合线的测量

为了便于对熔合线进行识别和控制，较为快捷直观的方法是对焊缝区形貌进行观察与测量，即分别测量焊管壁厚内侧、外侧及中心部位亮线的宽度。也就是直接测量焊管壁厚t内、外表面1.0 mm位置及壁厚1/2位置亮线的宽度值，测量过程如图2所示。

图2 焊缝熔合线测量示意图

1.3 焊缝熔合线宽度的控制

一般对焊缝熔合线宽度的要求，大多是给出一个宽泛的参考范围值。下面以某规格3个钢级（B/X52/X60）高频焊管为对象，分析其化学成分对焊管熔合线宽度及产品性能的影响。

1.3.1 化学成分

对某规格3个钢级（B/X52/X60）高频焊管母材的化学成分进行检测，测量结果平均值见表1。

表1 某规格3个钢级HFW焊管母材的化学成分

1.3.2 熔合线宽度

按熔合线测量方法，对某规格3个钢级（B/X52/X60）高频焊管焊缝的熔合线宽度进行测量，测量结果平均值见表2。

表2 某规格3个钢级HFW焊管焊缝熔合线宽度测量结果

由表2可以看出：①钢级B、X52和X60的熔合线宽度依次减小；②在w（C）＜0.11%的情况下，中部熔合线尺寸fn=0.02～0.08 mm；③f0/fi=1.1～1.2之时，体现出焊缝内、外对接的对称性；④f0/fn=1.9～2.3之时，呈现出沙漏形熔池由内向外排除夹杂的特征；⑤将内、外侧熔池截面看成两个对称的梯形，则外侧梯形与内侧梯形面积比为（f0+fn）/（fi+fn），其值接近 1.1，表明焊接时外侧排出的金属较多。

1.4 焊缝性能检测结果

HFW焊缝通常在焊后要进行热处理，以细化晶粒改善焊缝性能，但这种热处理并不能改变焊接的牢固性，即难以改善其冷焊或氧化物夹杂导致的过烧等不良焊接。为了研究HFW焊缝的性能，在热处理后的产品上取样，按照API SPEC 5L及GB/T 9711的相关要求进行焊缝性能检测。

1.4.1 硬度

按标准要求，对某规格3个钢级（B/X52/X60）高频焊管焊缝区域及管体的硬度进行检测，检测结果平均值见表3。由表3可见，硬度检测结果符合API SPEC 5L及GB/T 9711的相关要求。

表3 某规格3个钢级HFW焊管硬度试验结果

1.4.2 拉伸性能

按标准要求对某规格3个钢级（B/X52/X60）高频焊管焊缝的抗拉强度进行检测，统计结果如图3所示。由图3可见，焊缝抗拉强度符合API SPEC 5L及GB/T 9711的相关要求。

图3 焊缝抗拉强度统计结果

1.4.3 冲击性能

按标准要求，对某规格3个钢级（B/X52/X60）高频焊管焊缝的冲击韧性进行检测，统计结果如图4所示。由图4可见，焊缝冲击韧性符合API SPEC 5L及GB/T 9711的相关要求。

从以上对焊缝的检测结果可以看出，该HFW焊管焊缝的焊接性能良好，说明焊接过程工艺参数设置合理，可以有效保障焊管产品的焊接质量。

图4 焊缝冲击韧性统计结果

2 熔合线控制的延伸

对HFW焊管焊缝熔合线尺寸的测量与控制，不仅可以为焊接过程的工艺参数设定提供参考，也有利于提升焊管产品的焊接质量。

熔合线是HFW焊接过程中各工艺参数的综合结果。熔合线尺寸过小是由于焊接接触面熔化不充分或熔融金属被挤出过多的结果，这容易导致脆性焊接；熔合线尺寸过大会使得大量氧化夹杂物排除不充分而残留在焊缝中，致使焊缝强度和韧性降低。

熔合线控制技术的改善，一方面依赖于成型技术的改进，另一方面也依赖于高频加热效应的优化和氧化物能否充分排出。

3 结束语

对HFW焊管焊缝熔合线尺寸的测量与控制，不仅可以为焊接过程的工艺参数设定提供参考，也有利于提升焊管产品的焊接质量，确保焊管产品的性能。研究表明，HFW焊缝熔合线宽度随管线钢含C量下降而减小；对于焊接管线管，中部熔合线尺寸fn=0.02～0.08 mm，f0/fn=1.9～2.3，有利于预防加热不充分导致的不良焊接，也利于氧化物正常的排出，从而保证HFW焊管的焊接质量。

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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）