高频焊管焊接缺陷及其分析报告

高频焊管焊接缺陷及其分析

焊接缺陷及其分析

高频直缝焊接钢管的焊接质量缺陷有裂缝、搭焊、漏水、划伤等等。下面仅对裂缝、搭焊这两个主要缺陷进行分析：

一、裂缝

裂缝是焊管的主要缺陷，其表现形式可以由通常的裂缝，局部的周期性裂缝，不规则出现的断续裂缝。也有的钢管焊后表面未见裂缝，但经压扁、矫直或水压试验后出现裂缝。裂缝严重时便漏水。产生裂缝的原因很多。消除裂缝是焊接调整操作中最困难的问题之一。

下面分别从原料方面、成型焊接孔型方面和工艺参数选择方面进行分析。

1. 原料方面

（1）钢种，即钢的化学成分对焊接性能有明显的影响，钢中所含的化学元素都或多或少、或好或坏地影响着焊接性能。高频焊由于焊接温度高，挤压力大等原因，比低频焊允许的化学围要广些，可以焊接碳素钢、低合金钢等。碳素钢主要含有碳、硅、锰、磷、硫五种元素。低合金钢还可以含有锰、钛、钒、铝、镍等各种元素。

下面分述各种元素对焊接性能的影响。

1）碳碳含量增加，是焊接性能降低，硬度升高，容易脆裂。低碳钢容易焊接。

2）硅硅降低钢的焊接性，主要是容易生成低镕点的SiO2夹杂物；增加了熔渣和溶化金属的流动性，引起严重的喷溅现象，从而影响质量。

3）锰锰使钢的强度、硬度增加，焊接性能降低，容易造成脆裂。

4）磷磷对钢的焊接性不利。磷是造成蓝脆的主要原因。

5）铜含量小于0.75%时，不影响钢的焊接性。含量再高时，使钢的流动性增加，不利于焊接。

6) 镍镍对钢的焊接性没有显著的不利影响。7)铬铬使钢的焊接性能降低,高熔点氧化物很难从焊缝中排除。

8) 钛钛能细化晶粒，钛增加钢的焊接性能，钛能使钢的流动性变差，粘度大。

9）硫硫导致焊缝的热裂。在焊接过程中硫易于氧化，生成气体逸出，以致在焊缝中产生很多气孔和疏松。硫不利于焊接并且降低钢的机械性能，通常钢中硫被限制在规定的微量以下。

10)钒钒能显著改善普通低合金钢的焊接性能。钒能细化晶粒、防止热影响区的晶粒长大和粗化，并能固定钢中一部分碳，降低钢的淬透性。

11）铝铝对钢的焊接性能的影响使钢中铝含量的不同而不同，一般说来，脱氧后残留在钢中的铝，对焊接性能影响不大，如果作为合金元素加的量较大时，则和硅的作用相似，降低钢的焊接性能。

12）氧氧在钢中是作为有害元素来看待的，较高的含氧量在焊接时形成较多的FeO残留在焊缝处，从而降低了焊接性能。

13）氢氢是造成发裂的原因。

14）铌钢中加入0.005～0.05%的铌，能提高屈服强度和冲击韧性，改善焊接性能。15）镐锆能改善焊接金属的致密性。

16）铅铅对钢的焊接性能没有显著影响。

某个钢中里面所行各种元素对该钢中综合的焊接性能的影响，以碳当量来衡量。碳当量上限为0.65～0.70%。超过该上限，则焊缝易脆裂，硬度上升，焊接质量不好，飞锯切断和切断困难。

（2）带钢成分有偏析，尤其是B2F、B3F带钢卷的头部，通常都是沸腾钢锭的头部，成份偏析比较严重，含有较多的杂质和氧化物，焊接性能不好。因此，同一卷带钢在头部易出现裂缝。

（3）带钢有夹层，特别是边缘夹层是产生裂缝的主要原因之一。

（4）带钢宽度不够，对于超出负偏差的带钢就不能充满挤压滚孔型，焊接压力不够，甚至无压力，造成裂缝。

（5）带钢厚度变化较大，焊接电流忽大忽小，产生裂缝。

（6）带钢边缘不整齐，呈锯齿状，或缺肉，或撕裂，焊接以后出现不规则断续小裂缝。（7）由于纵剪时圆盘刀间隙过大或刀刃磨损严重造成带钢边缘毛刺过大，成型时毛刺向外易产生裂缝。为防止产生裂缝拆卷时将带钢反方向上斜，使成型时毛刺向。

2.成型和焊接孔型方面

1）成型封闭孔的导向环损坏，造成啃边，易出现裂缝。

2）挤压辊轴承损坏，造成焊接压力不够，易出现裂缝。

3）挤压辊孔型设计不合理，或者使用错误孔型使带钢成型为尖桃形，焊接压力大外小，易出现裂缝。

4）挤压辊加工不合格，上下两个轴承台、中间轴孔和外部圆孔型这几个园不同心。当不同心度比较大时（0.10～0.20毫米）挤压辊呈偏心转动，造成挤压力不稳定，易出现裂缝。5）挤压辊孔型磨损严重，造成上压力减小呈尖桃形，焊接后出现裂缝。

3.工艺参数选择方面

1）焊速过高，造成温度低，产生裂缝。

2）焊速过低，造成温度过高，易产生过烧现象，压扁后易裂开。严重的甚至在焊缝处产生气孔。

3）压力小，低熔点的夹杂物不易挤出，而且压力小熔化金属之间结合力小，焊缝受力时易产生开裂。

4）焊接温度低，焊不上，应降低速度。

5）焊接温度过高，电流过大，易产生过烧甚至有气孔及氧化物，应提高速度。

6）电极或感应器位置不适当，距挤压辊中心线过远，造成热量消耗大，温度低，焊接质量不良。

7）开口角过小，造成焊接电流不稳定，在过梁处发生小的爆破形成砂眼，产生焊接裂缝。

二、搭焊

搭焊是管坯两边缘在焊接时错位，虽刮除外毛刺仍能看到错位的痕迹。其原因有：

1）成型质量不好。成型管坯两边缘不平时出现通常的搭焊，成型边缘有波浪和鼓包时，出现局部的小的搭焊。

2）生产薄壁管时，挤压力不当，容易引起大旱。在挤压辊孔型中心管体里面安装一个小托辊，能有效地克服薄壁管的搭焊。

3）挤压辊安装不平，一高一低，造成搭焊。

4）带钢边缘纵剪不良，卷边或边缘毛刺过大，造成搭焊。

5）成型立辊、水平辊和挤压辊轧制中心线不在一条直线上，或者带钢有镰刀弯，造成成型不稳定，焊缝扭转，造成搭焊。

6）阻抗器前端位置正好在挤压辊中心线处时，扩口强度值和压扁强度值最好。当超过挤压辊中心线，伸向定径机一侧时，扩口强度和压扁强度都明显下降。当不到中心线而在成型机一侧时，也是焊接强度降低。

边缘钢质形态对对焊接质量的影响

1. 非金属夹杂物

在铸锭时由于偏析形成的非金属夹杂物，经热轧纵切以后，暴露在带钢边缘部分，成型焊接时，影响焊接性能，使焊接质量降低。

2. 边缘夹层

在铸锭时形成的缩孔和疏松组织，经热轧纵切以后，残留在带钢边缘部分，可以明显看到夹层，或者不显著的夹层，焊接时影响焊接质量，造成裂缝。

3. 残余氧化物

边缘部分残余大量的氧化物，焊接时不能全部被清除出焊缝，残留在焊缝里面，而影响焊接质量。

带钢外观缺陷对焊管质量的影响分析钢带外观缺陷有镰刀弯、波浪弯、啃边、结疤、划伤、压痕、头尾不齐、塔形卷、散卷、表面氧化皮等。

1镰刀弯

它是沿带钢长度方向在水平面上向一侧弯曲的现象，或称月牙弯；是带钢轧制时沿宽度方向两侧变形不均匀造成的。镰刀弯在生产中容易引起搭焊，成型时跑偏甚至翻转。

2波浪弯

它是带钢边缘部分沿纵向反复弯曲的现象；是带钢轧制时沿宽度方向中心部和边缘部变形不均匀造成的。波浪弯在成型焊接时会引起严重的搭焊，无法进行生产，因而是不允许出现的。

3啃边

它是带钢边缘部呈现锯齿状凹凸不平的现象，一般发生在纵剪带钢上。产生原因是纵剪机圆盘剪刀刃磨钝或有豁口造成的。啃边严重的带钢焊接时影响焊缝质量稳定性，由于会出现局部“缺肉”而产生裂纹、裂缝。

4结疤、压痕、划伤、头尾不齐

结疤、压痕是轧制时异物黏在轧辊上造成的；划伤是带钢在行进过程中被辊道上或地板上的异物划伤造成的，尤其是冷轧带钢未经涂油时更容易划伤；头尾不齐是带钢轧制后没有经过切头尾直接卷取造成。这些缺陷最终导致焊管外观质量不合格，必须切除或判废，降低焊管的成材率和合格率。

5塔形卷

塔形卷十带钢自里圈至外圈呈塔形卷取得带钢卷，一般不允大于50mm。

6散卷

轻微的散卷经整理后还可以使用，严重的散卷由于无法整理以致必须切割散乱部分方能使用，增加了金属消耗，降低了成材率。

形成原因：包装不牢固，不符合包装要求；装车卸车过程中操作不当；原料管理不好，压库、来回吊运起落造成散卷。

7表面氧化皮

氧化皮进入带钢边缘之间的焊缝区会导致焊接缺陷，此外带钢表面的氧化铁片进入成型机会使成型辊的磨损加快。应当对氧化铁皮严重的热轧带钢去氧化皮进行处理。

高频焊管容易出现的质量缺陷原因分析

钢材部存在着夹层、杂质、沙眼等材料缺陷, 也是影响钢管质量的一个重要因素高频焊管

生产工艺流程主要取决于产品品种，从原料到成品需要经过一系列工序，完成这些工艺流程需要相应的各种机械设备和焊接、电气控制、检测装置，这些设备和装置按照不同的工艺流程要求有多种合理布置高频焊管典型流程：开卷―带钢矫平―头尾剪切―带钢对焊―活套储料―成型―焊接―清除毛刺―定径―探伤―飞切―初检―钢管矫直―管段加

工―水压试验―探伤检测―打印和涂层―成品

高频焊是用流经工件连续接触面的高频电流所产生的电阻热加热并在施加顶锻力的情况下，使工件金属间实现相互接连的一种焊接方法,它类似与普通电阻焊，但存在着许多重要

的差别

高频焊用于碳钢焊管生产已经有40多年的历史高频焊接具有较大的电源功率，对不同材质、口径和壁厚的钢管都能达到较高的焊接速度(比氩弧焊的最高焊接速度高出l0倍以上)因此，高频焊接生产一般用途的钢管具有较高的生产率因为高频焊接速度高，给焊管毛刺的去除带来困难，这也是目前高频焊钢管尚不能为化工、核工业所接受的原因之一从焊接材质看，高频焊可以焊接各种类型的钢管同时，新钢种的开发和成型焊接方法的进步.

钢管生产流程中重要环节

1.在高频焊管生产流程中,如何确保产品质量符合技术标准的要求和顾客的需要,则要对钢管生产流程中影响产品质量的因素入行分析通过对本公司Φ76mm高频焊接钢管机组某

月份不合格

品的统计,认为在生产流程中影响钢管产品质量的要素有原材料、焊接工艺、轧辊调节、轧辊材质、设备故障、生产环境及其它原因等七个方面其中原材料占32 .44% ,焊接工艺占

24 .85

% ,轧辊调节占22 .72 % ,三者相加占80 .01 % ,是主要环节而轧辊材质、设备故障、生产环境及其它原因等四个方面的要素,对钢管产品质量的影响占19.99% ,属相对次要环节因此, 在钢管生产流程中,应对原材料、焊接工艺和轧辊调节三个环节进行重点控制

2 原材料对钢管焊接质量的影响影响原材料质量的因素主要有钢带力学性能不稳定、钢带

的表面缺陷及几何尺寸偏差大等三个方面,因此,应从这三个方面进行重点控制

(1)钢带的力学性能对钢管质量的影响焊接钢管常用的钢种为碳素结构钢,主要的牌号有

Q195、Q215、Q235 SPCC SS400 SPHC等多种,迈克刚性卡箍Rigid Coupling钢带屈服点和抗拉强度过高,将造成钢带的成型困难,特别是管壁较厚时,材料的回弹力大,钢管在焊接时存在较大的变形应力,焊缝容易产生裂缝当钢带的抗拉强度超过635 MPa、伸长率低于10 %时,钢带在焊接流程中焊缝易产生崩裂当抗拉强度低于30 0MPa时,钢带在成型流程中由于材质偏软,表面容易起皱纹可见,材料的力学性能对钢管的质量影响很大,应从材料

强度方面对钢管质量进行有效地控制

(2)钢带表面缺陷对钢管质量的影响钢带表面缺陷常见的有镰刀弯、波浪形、纵剪啃边等几种,镰刀弯和波浪形一般出现在冷轧钢带轧制流程中,是由压下量控制不当造成的在钢管

成

型流程中,镰刀弯和波浪形会引起带钢的跑偏或翻转,容易使钢管焊缝产生搭焊,影响钢管

的质量钢带的啃边(即钢带边缘呈现锯齿状凹凸不平的现象) ,一般出现在纵剪带上,产生原因是纵剪机圆盘刀刃磨钝或不锋利造成的由于钢带的啃边,时时出现局部缺肉,使钢带在焊接时易产生裂纹、裂缝而影响焊缝质量的稳定性

(3)钢带几何尺寸对钢管质量的影响当钢带的宽度小于允许偏差时,焊接钢管时的挤压力减小,使得钢管焊缝处焊接不牢固,出现裂缝或是开口管;当钢带的宽度大于允许偏差时,

焊接

钢管时的挤压力增加,在钢管焊缝处出现尖嘴、搭焊或毛刺等焊接缺陷所以,钢带宽度的波动,不但影响了钢管外径的精度,而且严重影响了钢管的表面质量对要求同一断面壁厚差

不超过

规定值的钢管,即要求壁厚均匀程度高的钢管,钢带厚度的波动,会将同一卷钢带厚度差超出的允许值转移到成品钢管的壁厚差,使大批钢管厚度超出允许偏差而判废厚度的波动不仅影响成品钢管的厚度精度,同时,由于钢带的厚薄不一,使钢管在焊接时,挤压力和焊接温度不稳定,造成了钢管焊接时焊缝质量不稳定因此,在钢带焊接前,要检查每卷钢带的表面质量和几何尺寸,对钢带质量不符合标准要求的,不要进行生产,以免造成不必要的损

失

3 轧辊调节对钢管质量的影响从钢管废品因果分析图可看出,轧辊调节是属钢管的操作工艺在生产流程中,轧辊损坏或磨损严重时,在机组上需要更换部分轧辊,或某个品种连续生产了足够的数量,需要更换整套的轧辊这时都应对轧辊进行调节,以获得良好的钢管质量如轧辊调节得不好,易造成钢管管缝的扭转、搭焊、边缘波浪、鼓包及管体表面有压痕或划伤,钢管椭圆度大等缺陷,因此,换辊时应掌握轧辊调节的技巧

(1) 更换钢管规格,一般都对整套轧辊进行更换轧辊调节的方法是:用钢丝从机组入口到出口拉一条中心线,进行调整,使各架孔型在一条中心线上,并使成型底线符合技术要求更换轧辊规格后,首先对成型辊、导向辊、挤压辊、定径辊作一次全面的调节,然后重点对

成型辊的封闭孔型、导向辊、挤压辊调节

(2) 导向辊的作用是控制钢管的管缝方向和管坯底线高度,缓解边缘延伸,控制管坯边缘往返弹,保证管缝平直而不扭转入入挤压辊如导向辊调节不好,在钢管的焊接流程中,易造成

钢

管管缝的扭转、搭焊、边缘波浪等焊接缺陷

(3) 挤压辊是焊管机组的关键设备,其作用是将边缘被加热到焊接温度的管体在挤压辊的挤压力作用下完成压力焊接在生产流程中,要控制挤压辊开口角的大小挤压力过小时,焊缝金属强度下降,受力后会产生开裂;挤压力过大时,降低焊接强度,而且使外毛刺量增加,

易造成搭焊等焊接缺陷

(4) 在焊管机组慢速起动的流程中 ,应密切注重各部位轧辊的转动情况,随时调节轧辊,

以确保焊管的焊接质量和工艺尺寸符合规定的要求

4 高频焊接对钢管质量的影响在钢管高频焊接流程中,焊接工艺及工艺参数的控制、感应

圈和阻抗器位置的放置等对钢管焊缝的焊接质量影响很大

(1)钢管焊缝间隙的控制钢带进入焊管机组经成型辊成型、导向辊定向后,形成有开口间隙的圆形钢管管坯,调整挤压辊的挤压量,使得焊缝间隙控制在1～3mm,并使焊口两端保持齐

平

焊缝间隙控制得过大,会使焊缝焊接不良而产生未熔合或开裂;焊缝间隙控制得过小,由于热量过大,造成焊缝烧损,熔化金属飞溅,影响焊缝的焊接质量

(2)阻抗器位置的调控阻抗器是一个或一组焊管专用磁棒,阻抗器的截面积通常应不小于钢管径截面积的70 % ,其作用是使感应圈、管坯焊缝边缘与磁棒形成一个电磁感应回路,产生邻近效应,涡流热量集中在管坯焊缝边缘附近,使管坯边缘加热到焊接温度阻抗器应放置在V形区加暖段,且前端在挤压辊中心位置处,使其中心线与管筒中心线一致如阻抗器位置放置的不好,影响焊管的焊接速度和焊接质量,使钢管产生裂纹

(3) 高频感应圈位置的调控感应圈应放置在与钢管同一中心线上,感应圈前端距挤压辊中心线的距离,在不烧损挤压辊的前提下,应视钢管的规格而尽量接近,穗生牌若感应圈距挤压

辊较遥时

,有效加热时间较长,热影响区宽,使得钢管焊缝的强度下降或未焊透;反之感应圈易烧

毁挤压辊

(4)高频焊接工艺参数--输入热量的控制高频电源输入给钢管焊缝部位的热量称为输入暖量,

一通线管

将电能转换成热能时,其输入暖量的公式为: Q=KI2 Rt (1)式中Q-输渗入渗出管坯的热量;K-能量转换效率; I-焊接电流;R-回路阻抗; t-加热时间加热时间:t=Lv (2)式中L-感应圈或电极头前端至挤压辊的中心距;v-焊接速度

当高频输入的暖量不足且焊接速度过快时,使得被加暖的管体边缘达不到焊接的温度,钢铁仍保持其固态组织而焊接不上,形成了未熔合或未焊透的裂纹;当高频输入热量过大且焊接速度过慢时,使得被加热的管体边缘超过了焊接温度,容易产生过暖甚至过烧,使焊缝击穿,造成金属飞溅而形成缩孔从公式(1)、(2)中可知,可以通过调整高频焊接电流(电压)或调整焊接速度的方法,来控制高频输入暖量的大小,从而使钢管的焊缝既要焊透又

不焊穿,获得焊接质量优良的钢管

焊接钢管常见缺陷名词解释

咬边咬边是沿着焊缝中心线在焊缝边部与管体过渡区出现沟槽。咬边是在焊速、电流、电压等条件匹配不适当的情况下产生的。

搭焊钢板边缘上、下错位对接，造成焊缝不平的现象，成为管缝错位或管缝搭焊。

焊瘤焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未融化的母材上所形成的金属瘤。

过烧焊接过程中，融化金属温度过高自坡口流出，形成焊缝缺陷。

焊偏焊道偏离焊接中心线，产生焊缝偏离的现象。

气孔焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留在焊缝中形成的空穴。气孔可分为密集气孔、条虫状气孔和针状气孔等。

夹渣焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留在焊缝中形成的空穴。气孔可分为密集气孔、条虫状气孔和针状气孔等。

未焊透焊接时接头根部未完全熔透的现象，也指焊缝深度未达到设计要求的现象。

热裂纹在埋弧焊接中，焊缝可产生热裂纹，特别是在起弧和熄弧弧坑处由于温差大容易发生热裂纹。热裂纹在焊缝应力很大的时候，或者焊缝金属的Si含量很高的时候最容易产生。

焊接灰斑高频电阻焊（HFW）焊接方式所特有的焊接缺陷。其特征是在拉伸试样或冲击试样焊缝宏观端口上所出现的无金属光泽的灰色区域。通常认为，灰斑对焊缝的强度水平无明显影响，但对焊缝的韧性和塑性影响较大。

沟状腐蚀沟状腐蚀是ERW钢管焊缝中一种特殊的腐蚀现象。服役于海水和工业用水等介质的电阻焊管在焊接区产生的选择性局部腐蚀现象称为沟状腐蚀，多从表面开始呈连续或非连续的沟状，它可以导致焊管在一年至数年腐蚀穿孔。

压坑轧辊麻点或辊面与管坯间的硬物使管材表面产生的低凹压痕。