中小直径厚壁高频不锈钢焊管焊接质量控制方法

  中小直径厚壁高频不锈钢焊管生产时容易产生质量问题，至德钢业从带钢边缘状况、加热段烧化段距离、热处理等几个方面分析了影响中小直径厚壁高频不锈钢焊管质量的因素．并提出了相应的解决措施。

 随着科学技术的高速发展，各行各业技术更新不断，焊管行业对高频不锈钢焊管的技术要求也逐步提高。长期以来，中小直径厚壁高频不锈钢焊管的质量不易控制，浙江至德钢业有限公司从试制咖89mmx8mm的抽油泵泵筒管出发，初步研究了中小直径厚壁高频不锈钢焊管的生产问题。

1. 钢管的材质与生产设备技术状况

  试制抽油泵泵筒管采用日本原料SM41B（相当于我国的20钢），其化学成分及力学性能见表。

  生产设备是从英国曼内斯曼公司引进的RL120(即114mm)不锈钢焊管机组，其特点为：带钢通过预弯架后，采用排辊成形，这种成形方法对带钢边缘拉伸小，不会产生“波浪”和“鼓包”现象。这台机组的孔形采用双半径孔形设计，适合焊接厚壁钢管的要求，并采用四辊式挤压辊，即水平方向两挤压辊横向挤压，钢管焊接两边缘各一辊可调整焊缝的挤压量。该机组还配备有液压清除内毛刺装置，焊缝正火装置，在线涡流探伤和超声波探伤设备，试验压力为21.1MPa的水压试验机，从设备上具备了生产厚壁钢管的条件。

2. 带钢边缘状况对不锈钢焊管质量的影响

 在试制过程中，开始时生产的不锈钢焊管取试样做压扁试验，在钢管外径压下不到1/3时焊缝开裂，扩口试验也不合格。在排除了挤压力小，带钢宽度不够，温度偏高等因素后，发现在焊接厚壁管时，带钢边缘状况对焊接质量有较大的影响。

 理想状态下带钢边缘应该是Ⅰ形对接或Ⅱ形对接，Ⅲ形对接稍差，而Ⅳ形对接是最不理想的。

 焊接不锈钢管时，高频电流所具有的集肤效应和邻近效应使电流首先流经钢管的上表面和下表面，带钢V形对接的最短回路，造成下半部分加热速度高于上半部分，会形成下半部分焊接良好时上半部分加热不足，而上半部分达到正常焊接温度时，下半部分已经过热。生产中使用的纵剪钢带，在纵剪过程中由于厚度的原因，同一剪刃的两侧上半部分被滚剪剪开，下半部分则是撕裂开的毛边，由于挤压力的作用，毛边部位比剪开部位宽0.30-0.50mm，卷成管筒后，带钢是V形对接，焊接不良。针对这种情况，在生产中加上了刨边装置，使带钢边缘Ⅰ形或Ⅱ形对接，从而保证了焊接质量。

3. 加热段烧化段对厚壁电焊钢管质量的影响

 在试制时发现，傲压扁扩口试验不合格的不锈钢焊管，其低倍金相组织为：双腰鼓区域完整清晰，中间腰部达到1/3壁厚，金属流线上升角为500左右，完全合乎标准。观察试样高倍金相组织，焊缝在管内外壁两侧面是较为粗大的魏氏组织+珠光体+铁素体，在中间部位组织呈粗大块状、柱状铁素体+珠光体。这种现象在以往薄壁管焊接时未曾出现。

 经分析认为：管坯边缘加热焊接时，管坯侧边加热区温度呈梯度分布，在同一截面上管坯的内外表面温度高于中心部位，加热区等温线呈U形，管坯在焊接过程中，向挤压方向运动时，中心部位温度比管坯内外表面偏低，在温度达到焊接温度时，管坯的边缘达到了熔融状态，中心与边缘熔化不均，在这种状态下管坯进入挤压段，使粗大的奥氏体晶粒受力后产生畸变，在外力的作用下被挤压拉长，经冷却后固定为有方向性的柱状、条状晶体。其表现为晶粒粗大，晶间结合力小，力学性能不合格。这种现象在焊接厚壁管时表现突出，而在焊接薄壁管时，由于管壁薄在管坯上加热的温度梯度不明显，即使加热段烧化段调整不合理，在焊缝上只会反映出假焊、漏焊等缺陷。适当地增加了这两段的距离，降低了高频电流，问题就迎刃而解了。

4. 对焊缝进行正火处理，改善焊缝组织

 由于不锈钢焊接管是在局部加热后制造成的，焊接区域受加热、冷却、组织应力、挤一压一弯等综合应力的影响，焊缝与母材金属相比，强度、硬度高，塑性、韧性低，力学性能不均匀。对焊缝进行正火处理，焊接区域的晶粒细化为7-8级，组织得到了改善，受挤压后形成的焊接区域与金属流线消失，不锈钢焊管的整体性能得到了提高。

5. 结论

 以89mmx8mm的抽油泵泵筒管为例，从几个方面分析了影响中小直径厚壁高频不锈钢焊管质量的因素，并提出了在生产中加刨边装置，使带钢边缘Ⅰ形或Ⅱ形对接；适当增加加热段烧化段距离；对焊缝进行正火处理等改进的措施。今后就这一问题还要作深入地分析研究，使中小直径厚壁高频不锈钢焊管的质量得到迸一步的提高。