螺旋埋弧焊管焊缝夹杂原因分析及解决措施

王林

关键词：螺旋埋弧焊;管焊缝;焊缝夹杂

埋弧焊在对管结构进行焊接时由于速度快、焊接面呈曲状不够平整，导致焊缝液态熔池结晶时可能会进入空气、水分而形成焊渣和气孔，影响了焊接质量。同时螺旋埋弧焊管焊接过程中的错边、板边积压和成型缝隙过大等都会影响螺旋埋弧焊接质量。尤其是在对壁厚较大的焊管进行焊接时，由于焊缝液态熔池比较深，更容易进去空气、水蒸气等杂质，焊缝中的夹杂和气孔会减少焊缝的强度和应力，进而降低焊缝的耐久性和机械性能，影响其使用寿命和使用效果。所以在进行螺旋埋弧焊管焊接时应该注意焊接材料、焊接工艺、板边形状等方面内容，避免出现夹杂和气孔等问题，提高螺旋埋弧焊管焊接质量。

1螺旋埋弧焊管焊缝夹杂特点

1.1螺旋埋弧焊管焊接特点

螺旋埋弧焊钢管的焊缝分为内焊缝和外焊缝两种。本文根据上卷成型钢管埋弧内焊和外焊的过程来（如图1所示）分析螺旋埋弧焊管的焊接特点。

首先螺旋埋弧焊管的内外焊是同时完成的，焊接时需要利用环焊连接，由图1所示，即为螺旋埋弧焊管成型的示意图。螺旋埋弧焊管内焊一般采用下坡焊，这样可以提高焊缝质量。其次是螺旋埋弧焊管焊接速度快。对于普通的螺旋埋弧焊管大部分焊机的焊接速度在1.8～2.0m/min范围内。为了让液态熔池金属快速结晶，需要提高管件的转速。最后是管件成型质量直接影响焊缝质量。螺旋埋弧焊管成型后由于管径变化，其椭圆度、错边、挤厚、噘嘴和成型缝间隙都会发生改变，这些都会影响焊缝的质量。如果在焊接过程中不注意焊接工艺参数的调整就会影响焊缝形状和焊缝质量。

在螺旋埋弧焊管的焊接过程中，会出现如一些夹杂和气孔，这类焊接缺陷肉眼不易发现，但用x射线进行质量检查很容易发现，如图2所示就是在x射线检查图像上显示的夹杂气孔，用碳弧气刨刨开后可以发现该焊接质量缺陷的外侧是气孔，七孔内含有黑色圆球状的焊渣，这种焊接质量缺陷在焊接领域叫夹渣型气孔。

我国很多钢管生产厂都会遇到螺旋埋弧焊管焊缝夹杂和气孔的质量问题，这种夹渣型气孔具有如下特点：一是焊管的厚度较大，且在夹杂和气孔的焊缝附近往往有不同程度的锈蚀。二是夹杂和气孔都在焊缝内部，不容易用肉眼看见。三是焊缝中的气孔多有黑色圆球状的焊渣。

1.2生产概况

本次研究的螺旋埋弧焊管的规格为X65级‘p711mmxl4.2mm的钢管，其材料、规格、焊接工艺如下：一是焊接材料。本研究的螺旋埋弧焊管焊接对象为X65级‘p71 lmmxl4.2mm的钢管，由于钢管平时不注重保养，导致表面锈蚀严重。尤其是钢卷外层有明显的腐朽氧化铁皮。同时埋弧焊丝是H08C，焊剂为CHFl01，焊剂使用前在高温下烘干。二是成型工艺参数。焊接宽度为1440mm，成形角度为48°。三是焊接工艺参数。先把钢带两边铣成x形状的坡口，坡口角度在30°～35°之间，单侧铣削深度为2～3mm，焊接速度为1.5～1.6m/min，其他焊接参数如下表所示。四是机组概况。机组是两套一样的生产线、成型机、焊接设备，且焊接工艺一样，机组的生产规格为508mm～1620mm，管件最大壁厚20mm。在焊接过程中，钢带两侧50mm范围内都要采用电动钢丝刷进行抛光除锈处理，按道理两组的.螺旋埋弧焊管焊缝质量应该一样，但实际情况是一组的焊缝夹杂情况少，而另一组焊缝夹杂问题较严重。

2螺旋埋弧焊管焊缝夹杂原因分析

2.1焊接材料原因分析

螺旋埋弧焊管焊缝夹杂和气孔和焊接材料有关，但是很多焊接材料（钢板）经过抛光和除锈，外表虽然没有异常，但是很多钢板内部已经锈蚀，即便是外表经过除锈和抛光很崭新，但是无法除掉内部的铁锈。在经过成型器冷弯变形成为圆筒状之后，会使内部的铁锈暴露出来，在焊接过程中与焊剂混合。因为铁锈的主要成为是氧化铁，焊接时在高温影响下氧化铁中的水会在氧化还原反应中分解为氢气和氧气，氧气可以加速氧化反应，但是不充分燃烧后会形成一氧化碳气孔。同时氢气也可以产生气孔，道理和上面所说的原理雷同。

通过对以上两组焊接材料的检查，发现焊接钢管表面干净整洁，没有污损和锈蚀情况，焊丝也在保质期内，并无污损，且镀层良好，没有锈蚀和污染，焊剂规格和类型符合要求，也按照焊接工艺提前烘干。两套机械设备在工艺参数和焊接材料上都是一样的，导致一组螺旋埋弧焊管焊缝夹杂和气孔多，而另外一组螺旋埋弧焊管焊缝夹杂和气孔少的原因显然不是焊接材料内部锈蚀。排除焊接材料原因后进入深入分析可知在焊接过程中焊剂进入成型缝在熔化时焊剂与熔池金属在融合过程中产生的各类气体和焊渣没有及时排处，使得气体和焊渣留在了固结的焊缝里面形成夹杂和气孔等焊缝质量缺陷，这说明在焊接工艺和板边形状、成缝合缝过程中存在问题。

2.2焊接工艺原因分析

螺旋埋弧焊管焊接过程中，其内焊深度主要由电弧直接吹烧母材形成或者由过热的熔池金属熔化母材形成。内焊缝的最低处往往又深又窄，电弧难以直接吹烧得到，因此内焊缝的最低处是由过热熔池金属液来填补的。在融化内焊缝最低处的母材时，焊剂会掉到又窄又深的底部缝隙中去，与熔池金属发生氧化还原反应，由于底部缝隙缺少足够氧气，会导致焊剂与熔池金属的氧化反应不充分产生一氧化碳和其他反应物。如果在焊缝结晶时底部缝隙的一氧化碳没有排出，一氧化碳气体就会在熔池中形成一个个气泡，并将反应物（焊渣）包裹在里面并逐渐上浮，一部分气泡会浮出熔池表面，一部分气泡因熔池温度下降和铁水凝固而无法浮出熔池表面，形成一个个细小的气孔和夹杂。在螺旋埋弧焊管外焊过程中，如果内焊产生的夹杂、气孔位置不深，会被外焊高温熔化并从外焊熔池中逸出。如果夹杂和气孔的位置较深，且不说不容易被外焊高温熔化，即便是熔化了也不容易逸出，甚至气泡在上浮过程中会从内缝跑道外缝中，在外焊縫中形成夹杂和气孔。

两组机械设备的内焊工艺和外焊工艺都一样，虽然在电流、电压、焊丝倾角、焊点偏心距等方面存在微小的差别，但都是在可控范围内，两组机械设备螺旋埋弧焊管焊缝夹杂和气孔的差别并非焊接工艺造成的。

2.3板边形状及成型合缝状态原因分析

螺旋埋弧焊管在焊接时需要对板边进行圆盘剪、刨边和铣边等工艺。因为这些工艺类型不同，得到的板边形状和精准度也不尽相同。不同的板边形状会对焊接缝的成缝合缝的强度和稳定性具有不同程度的影响，进而会影响焊接质量，这就是说，成缝合缝的质量决定着螺旋埋弧焊管焊缝是否夹杂。用圆盘剪进行板边加工时如果剪刀的间隙与重合量设置不正确，带钢板边就会因剪切力不均匀而发生翘曲和歪斜，最终在剪切面形成不平整的斜面。有的因为剪切力不均衡或剪刀间隙过大会导致板边撕裂，导致板边不平整。无论是板边倾斜还是不平整，都会影响焊接后期的成缝合缝状态，出现内紧外松或内松外紧的成型缝。如果圆盘剪剪切过程中没有出现歪斜或不平整等板边问题，但是在用成型辊辊头错位时也会导致板边弯曲使得成型缝呈噘嘴状或内陷状。噘嘴状内紧外松的成型缝焊接过程中实容易漏弧和烧穿，虽然不会导致夹杂和气孔，但影响焊接美观性;而内松外紧的内陷状成型缝则会在内部形成V型缺口，使得气体和焊渣进去形成夹杂和气孔。在调型不到位或者焊接工艺参数设置不到位的情况下，或者使用低结构应力来成缝合缝时，会导致焊接表面温度过高，使得焊接缝内部膨胀而气体就会进入这些膨胀的缝隙内产生气孔和杂质。

两组机械设备虽然焊接工艺相同，但是在成缝上存在差别。一组的成型缝比另外一组的成型缝疏松，导致焊剂时会有焊剂从成型缝中漏出，焊管的成型缝中间有一层白色粉末，这就是内焊时没有充分燃烧的焊剂。因此，通过对比可以发现，两组机械设备在螺旋埋弧焊管焊缝中夹杂的差异源自于成型缝，一组的成型缝间距较大且外紧内松，使得焊剂夹在了成型缝中间没有充分熔化，进而形成了焊缝夹杂。

3螺旋埋弧焊管焊缝夹杂解决措施

经过以上分析得出在本次螺旋埋弧焊管生产过程中，螺旋埋弧焊管焊缝夹杂的主要原因在于成型缝间距较大且外紧内松，因此只需保证在螺旋埋弧焊管成型稳定和板边形状合格、不扭曲不错边的情况下将螺旋埋弧焊管的成型缝间距缩小，这样焊剂就不会漏进成型缝中形成夹杂。同时也要调整成型缝内紧外松的状况，制造些许噘嘴形状，确保焊剂不掉进成型缝中。也可以修正坡口角度，将坡口的角度铣小，这样焊剂也不容易进入成型缝中。

除了本次螺旋埋弧焊管生产过程中出现的焊缝夹杂和气孔问题，平时在螺旋埋弧焊管生产过程中也会因焊接材料、焊接工艺、板边形状和成型缝状态等因素而产生夹杂和气孔等质量问题。因此需要从以下几方面人手做好螺旋埋弧焊管焊缝夹杂和气孔的防治工作。

一要确保带钢、焊丝等焊接材料的质量，确保卷板表面整洁无污染和锈蚀，然后严格按照焊接规范对焊剂进行烘干处理，确保焊剂干燥整洁、颗粒度均匀。二是要在对板边进行圆盘剪、刨边和铣边等工艺时避免人为硬弯，减少钢板原材料的长宽及其传递过程中的位置變化，如果发生位置变化和尺寸变化就要及时调整立辊位置，确保带钢的边角位置平整，避免出现挤厚问题，确保其稳定成型，这样才能确保成型缝的稳定状态。三是科学合理地设计调整圆盘剪刀间距和重合量，及时更换剪刀的刀刃，避免用钝刃剪刀进行剪切，总而言之确保圆盘剪能够正常工作，使板边的剪切平整，避免出现斜面、曲面和不平整面的问题，也可以通过调整焊垫辊的高度来避免出现成型缝外紧内松的问题。四是在对螺旋埋弧焊管的生产焊接过程中，宜选择合适的坡口形式和坡口角度，在工艺上要遵循先剪边后铣边或者向粗线后精铣的铣边工艺，提高板边的平整度，提高成型缝的稳定性。五是在设置焊接工艺参数时要科学合理，多参照原先焊接工艺参数，这样才能提高成型缝的质量，避免出现又窄又深的成型缝根。在焊接过程中尽量选择高线能量进行，这样可以放缓熔池冷却速度，并在熔池金属熔化时充分搅拌，将熔化金属中的气体和反应物搅拌处理，避免遗留在熔池熔化金属中形成夹杂和气孔。六是合理选择焊点位置，尽量让焊点远离咬合区，确保成型缝的稳定，减少咬合区对成型缝的影响。同时合理选择焊剂送入的时机和位置，尽量将焊剂供料口靠近焊点，这样可以减少焊剂成型缝的概率。

4结论

螺旋埋弧焊管焊缝夹杂是螺旋埋弧焊管生产制造过程中最常见的质量问题，造成螺旋埋弧焊管焊缝夹杂的原因多种多样。本文通过一个螺旋埋弧焊管生产质量问题案例引入对螺旋埋弧焊管焊缝夹杂的研究，通过两组对比实验来分析该焊接质量问题产生的原因，通过对焊接材料、焊接工艺和板边形状和成型缝状态的层层比较，发现该螺旋埋弧焊管焊缝夹杂问题原因是一组螺旋埋弧焊管焊接成型缝间距较大且外紧内松，通过调整成型缝间距，选择合适的焊接位置避免焊剂掉入成型缝中即可解决问题。通过对本案例的分析，希望提高大家对螺旋埋弧焊管焊缝夹杂问题的认识，了解螺旋埋弧焊管焊缝夹杂的原因和相对应的解决方法，来提高螺旋埋弧焊管焊接质量。