20号钢钢管焊接产生气孔原因分析

2019-04-18曹志峰

商品与质量 2019年38期

曹志峰

东营市特种设备检验所山东东营 2 5 7 0 9 1

无缝钢管是依据GB9948-2013标准生产的，牌号为20，其以热处理状态交货：正火，正火温度880度（热轧（挤压、扩）钢管终轧温度在相变临界温度Ar3至880度，且应认为钢管是经过正火的）。试验旨在通过化学成分分析、金相分析、现场施焊、扫描电镜及能谱分析等来确定20号无缝钢管施焊过程中产生气孔的原因。

1 理化试验

1.1 主要仪器

（1）Q4TASMAN 直读光谱仪（德国布鲁克）

（2）Axio Vert A1倒置式金相显微镜（德国蔡司）

（3）JSM-IT200扫描电子显微镜（日本电子）

（4）X-MaxN20能谱（英国牛津）

1.2 化学成分

采用直读光谱仪对样品材质进行化学成分分析，如表1所示。

表1 20号钢化学成分（质量分数%）

1.3 夹杂物评级

根据GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》，参照附录232（规范性附录）A、B、C、D和DS夹杂物的ISO评级图，进行夹杂物评定，结果见表2。

表2 夹杂物评定结果（级）

1.4 金相分析

对样品试样的截面取样，经过3%硝酸酒精腐蚀后，进行金相组织观察观察，低倍检验发现腐蚀后样品表面可见明显偏析缺陷。放大相貌见图1（100X）、图2（200X）、图3（500X）、图4（1000X）。由图可以看出金相组织为铁素体+珠光体带状组织，组织不均匀，有的位置有带状组织偏析现象，带状组织达三级。

图1 金相组织（100X）

图2金相组织（200X）

图3 金相组织（500X）

图4金相组织（1000X）

1.5 现场施焊

现场使用氩弧焊进行施焊，施焊过程中能听见明显的“气体爆炸”声，施焊完成后表面有气孔[1]。为证明不是焊丝不合格造成的影响，直接对母材使用焊弧进行灼烧，也产生了上述现象，由此证实了是硫化物夹杂聚集，在焊接的过程中硫化物分解，产生的气体从焊接表面溢出造成了气孔。

图5 管管对接现场施焊图

图6 未用焊接现场施焊图

2 扫描电镜分析

对施工过程产生气孔的部位进行了能谱分析，结果见图7，确认了该硫化物夹杂为MnS。

3 分析与讨论

材料的金相组织为铁素体+珠光体带状组织，带状组织达到3级，化学成分含量符合GB9948-2013《石油裂化用无缝钢管》标准。材料中存在非金属夹杂物，对焊接产生气孔影响较大[2]。从侵蚀态形貌可以发现：整个面没有裂纹、分层、晶间腐蚀的现象。气孔处能谱分析发现了Mn、S，说明材料存在MnS非金属夹杂物。