螺旋埋弧焊管内焊缝夹珠型气孔的形成与消除

螺旋埋弧焊管内焊缝夹珠型气孔的形成与消除

彭新星

中石化石油机械股份有限公司沙市钢管分公司 湖北省荆州市 434001

摘要：本文阐述了螺旋埋弧焊管一种内焊缝夹珠型气孔的特征，从烧穿和局部熔滴温度偏低两方面进行了分析，提出了避免该类气孔产生的相应控制措施。

关键词：螺旋埋弧焊管；焊接缺陷；气孔；夹珠

1、前言

在螺旋埋弧焊管生产过程中，常见的夹珠型气孔有夹粉尘、夹焊剂等。本文阐述一种较为少见的夹珠型气孔，该气孔呈单个非连续性出现，有时以间隔100mm左右等距离出现，且大小、位置基本一致。我单位在生产ф813X14.2 X70M钢管时，连续两天都出现了此类气孔。

2、问题描述

焊缝余高未去除前，此气孔用X射线工业电视检查无法发现，焊缝余高去除后， X射线工业电视检查才能发现。从X射线检查的缺陷图片（见图1）可知，缺陷外侧有一环状气孔，内有夹珠。对缺陷位置进行碳弧气刨（见图2）发现，缺陷处于内焊缝中部。

图1 X射线工业电视检查的缺陷图片 图2 碳弧气刨图片

此夹珠型气孔有如下特点：

(1)缺陷大小基本一致，直径均在3-4mm；

(2)缺陷都在内焊缝中部，距离内表面母材3-4mm位置开始出现，到7-8mm位置缺陷消失。

（3）整根钢管只有此类气孔缺陷，无别的缺陷。

3、该气孔的产生原因分析

该规格钢管由A和B两套机组同时生产，焊丝、焊剂、焊接规范均相同，但只有A机组生产出的钢管有夹珠型气孔。因此，焊接工艺不存在问题。

从图1中可以看出，焊缝上只有一环形气孔，气孔内侧焊缝金属也无其它夹杂。从气刨后（图2）的焊缝内部情况看，也未发现气孔外的其它缺陷。考虑到此类气孔不同于氢气孔、CO气孔、夹焊剂或夹渣气孔，本文主要从外烧穿、局部熔滴温度偏低两个方面进行分析。

3.1烧穿

经现场观察与分析，钢管生产过程中，成型合缝状态欠佳，内焊容易出现轻微烧穿，即在外坡口中心附着有2-3mm的焊瘤，焊瘤过外焊时若外焊前丝焊接电流没有适当降低，容易再次产生烧穿。若外焊烧穿较轻，会在外焊缝根部产生气孔，严重时会直接穿透内焊缝，在内焊缝表面形成堆积焊瘤。而此次气孔表现在内焊缝内部，且气孔内侧仍为焊缝金属，无其它缺陷，表像区于外烧穿轻微和严重两者之间。

3.2局部熔滴温度偏低

弧焊时，焊丝端部形成的液态金属滴称为熔滴。熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡。埋弧自动焊时，主要依靠重力将熔滴缩颈拉断，熔滴从焊丝端头脱落后，通过电弧空间自由运动一段距离后落入熔池。正常焊接过程中，内焊前丝或后丝熔滴落入熔池时的温度应该基本一致。若个别熔滴落入熔池时温度偏低，受熔池中熔融态金属温度的影响，温度偏低的熔滴温度会从外到内逐步升温且外层温度逐步跟熔融态金属温度接近。但受冷却速度的影响，熔融态金属和温度偏低的熔滴自身也会逐步冷却，从熔融态转化为固态，若此时温度偏低的熔滴内部温度仍未与周围焊缝金属温度保持一致，在后续的焊缝冷却过程中，受焊缝金属结晶的影响，在该熔滴处易产生单独的焊缝金属，与周围焊缝间存在一个单独的空腔。而造成熔滴温度偏低的最主要原因是焊接电流偏小，此次生产，该气孔以单个出现，说明不是焊接电流整体偏小，而是存在瞬间偏小。生产时，内焊前丝焊接电流为1300A，电流偏大，波动范围在±30A，且存在报警装置，即当前丝焊接电流低于600A时会自动断弧停车，因此排除前丝的问题。后丝使用的电流为450A，报警电流300A，考虑到内焊后丝为3.0mm，理论稳定电流在390A左右，当电流低于稳定值时，焊丝有无法熔化或熔化不连续的倾向，可致使局部熔滴处于半融化甚至未熔化状态进入熔池。用万用表测量内焊后丝电焊机的输出电流和焊接端电流，测量发现，电焊机输出电流值稳定在450-460A，焊接端电流值在440-450A，但有瞬间低于370A现象出现，易造成瞬间熔滴温度偏低。

4、控制措施

4.1减少内焊轻微烧穿的产生

内焊轻微烧穿主要是成型合缝不紧和内焊焊接规范偏大引起，通过成型调整合缝状态，适当降低内焊焊接规范，问题即可解决。调整后，该夹珠型气孔有所减少，但未得到彻底消除。

4.2局部熔滴温度偏低控制措施

从2.2原因分析中可知，局部熔滴温度偏低主要是后丝电流存在瞬间波动造成，针对这一问题，逐一排查内焊后丝电焊机与焊接端的各联接部位，针对联接不牢的位置进行紧固。再次开车时测量后丝焊接端电流，电流值稳定，无瞬间偏低现象出现。后续生产的钢管焊缝余高去除后，经X射线工业电视检查，此类气孔已消失。

5、结论

焊接缺陷的产生受各焊接工艺、成型工艺影响的同时，有时与设备的瞬间稳定性也有关系。通过成型调整合缝状态和确保内焊后丝焊接规范的稳定，可从根本上消除此类夹珠型气孔的产生。

参考文献：

《螺旋埋弧焊管焊缝夹珠型气孔的形成与消除》张继建，罗天宝，成晓光、王丙营 焊管 第32卷第11期 2009.11；

《焊接冶金与焊接性》刘会杰主编 北京，机械工业出版社2007.3。

作者简介：彭新星，男，1987年生，沙市钢管分公司工程师，主要从事焊接工艺及技术研究工作。