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管端内衬不锈钢焊管环焊缝缺陷分析张锦刚

来源:http://www.81929.net/article/2020319268.html

    近年来,涂塑钢管是水利水电工程中应用最多的管材之一,其内壁防腐主要采用熔结环氧树脂粉末(FBE)热喷涂,施工过程中,管道对接焊产生的高热量会烧损涂塑层,造成接口处防腐层脱落等问题。为了避免涂塑钢管在焊接施工中破坏涂覆层,可采用双密封焊接涂塑钢管克服以上问题,即在钢管管端内衬宽度超出焊接热影响范围的不锈钢钢圈,并通过管端封焊使碳钢和不锈钢有效结合在一起。该设计的主要目的是在环焊时保护FBE涂覆层,同时减少接口位置的防腐层修补工序[<<-o。管口焊接类似于机械复合管的对接焊,因此,对焊接工艺的控制提出了更为严格的要求。
    对低碳钢管管端贴合不锈钢钢圈进行焊接时,两种不同的金属材料具有不同的物理性能,从而会产生不同的物理及冶金变化,另外,由于工艺和技术的限制,碳钢管与不锈钢钢圈通过封焊完全贴合在一起,将会增加金属热变形及裂纹等缺陷产生的概率。本研究就国内某供水工程用管端内衬不锈钢钢管在施工过程中出现的缺陷进行分析,为预防焊缝裂纹的产生提供技术支撑。


1、内衬不锈钢钢管管端设计及焊接工艺

管端设计
    试验所用钢管材质为Q345C,管端设计采用壁厚1.5  mm的OCr18Ni9 (S304)不锈钢钢带作为内衬层,根据管道内径下料,插入钢管端口内120 mm,用不锈钢焊条点焊固定,再用309不锈钢焊条对内边环向焊缝、纵向焊缝和端口环向焊缝进行满焊,使不锈钢套筒与钢管内壁紧密复合,并形成与管口过渡的300坡口,如图1所示。

焊接工艺
    试验模拟国内某工程输水管道的施工工艺,采用氢弧焊(单面焊双面成型)焊接复合层(不锈钢板),使用免充氢的药芯自保护不锈钢焊丝(mGH'309L),填充及盖面层选用低氢型焊条(1507)进行多层多道焊。环焊缝焊接工艺参数见表1。


2、焊接缺陷描述
    焊接过程中出现的焊缝裂纹缺陷如图2所示。从图2(a)可以看出,裂纹出现在焊缝中心位置,并且在碳钢层底部。对试样环焊缝进行超声波探伤,确定缺陷位置后,采用线切割切取金相试样进行显微分析,从图2(b)可以看出,碳钢层焊缝底部存在明显裂纹缺陷,长度为1.19 mm,并且裂纹出现在焊缝中心,沿纵向开裂,可以判断该缺陷属于焊接热裂纹。


    一般认为,焊缝在结晶过程中,固相线附近由于凝固金属的收缩,残余液体金属不足,不能及时添充,从而形成“液态薄膜”,在拉伸应力和收缩应力的共同作用下可能在该薄弱区域造成开裂而形成热裂纹在焊缝金属的凝固末期固液共存阶段,由于凝固金属收缩时残存液相不足,致使沿晶开裂,故也称为结晶裂纹。这种裂纹是在焊缝金属凝固过程中产生的,所以有时也称为凝固裂纹。结晶裂纹主要在焊缝上,也有少量在热影响区,最常见的是沿焊缝中心长度方向上开裂,即纵向裂,断口有较明显的氧化色,表面无光泽,也是结晶裂纹在高温下形成的一个特征。