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高频焊管的常见缺陷及预防措施实践
高频焊接制管的工艺简介 
高频焊接制管,钢带被送入成型机,形成圆筒状管坯通过感应圈 
感应圈附近的磁场产生感应电流通过钢带边缘,钢带边缘由于自身电阻产生电阻热而被加热,加热的钢带边缘经挤压辊挤压形成焊缝。高频焊接没有添加量,实际上是一种锻焊。如果生产过程控制得比较好,熔合面不会有残留熔融金属或氧化物。 
图2为钢带边缘经过挤压辊时,液态金属或氧化物被挤出焊缝的情况。 
如果切割一块焊缝试样进行抛光腐蚀并在金相低倍显微镜下观察,正常的高频焊接区域形貌如图3所示,热影响区形状像个腰鼓。 
这是由于高频电流从钢带边缘的端部和边部进入产生的热量。热影响区颜色比母材金属略深一些,因为焊接时碳向加热的钢带边缘扩散,而焊缝冷却时碳被吸收在钢带边缘。特别是靠近边缘的碳氧化成CO 或CO2,剩下的铁没有碳,颜色变浅。 
从金相试样上看到的金属流线实际上是钢坯轧制成钢带时,高碳区被轧制成平坦的、非连续性的平面。金属流线升角的大小常用于评价焊接时的顶锻程度。  
高频焊接常见的缺陷 
高频焊管可能出现各种各样的缺陷,缺陷叫法也不完全统一。结合我们焊管生产的特点,经常会出现的缺陷有下列几种: 
①夹杂物; ②熔合不足; ③粘焊; ④铸焊; ⑤气孔;⑥跳焊。 
这些缺陷不是全部存在,但在高频焊接制管中经常出现。 
下面所提供的是每种缺陷的示意图而非实际图片,主要用以说明缺陷的主要特征,而不要误认为焊接缺陷仅在某一特定工艺条件下产生的。文中图示缺陷是焊缝经压扁试验开裂的断口形貌。 
夹杂物——黑色过烧夹杂物 
这类缺陷是金属氧化物没有随熔融金属挤出而被夹在熔面上,是在V型口熔融金属表面形成的。在V型口,如果钢带边缘的接近速度小于熔化速度,熔化速度高于熔融金属排出速度,在V型口顶点之后,形成一个含有熔融金属和金属氧化物的狭窄扇形区,这些熔融金属和金属氧化物经过正常的挤压不能完全排出,从而形成一个夹杂带, 
焊缝压扁后,在焊缝断口很容易看到黑色过烧夹杂物。黑色过烧夹杂物与焊缝纤维状断口相比,断口平坦、无金属光泽。这类缺陷可能单个出现,也可能呈链状出现。 
当V型口角度变窄,例如角度小于4°或钢中硅锰之比小于8∶ 1时,夹杂物几率增加。但是,钢中硅锰之比相对于其它影响因素难控制一些,主要取决母材的化学成分。 
黑色过烧夹杂物的防止措施:  
①V型角度控制在4°~ 6°; 
②可靠的工装设备安装保证稳定的V型长度; 
③相对较低的焊接温度获得较好的焊缝质量; 
④避免钢带母材的化学成分中硅锰之比小于8∶ 1。 
夹杂物——白色过氧化夹杂物 
这类缺陷叫白色过氧化夹杂物并不确切,实际上是预弧造成的熔合不足,且没有异物夹在熔合面上。通常情况下,毛刺或铁锈落到V型口顶点前形成过桥,造成短路而引起电流跳动产生预弧现象。短路电流瞬间改变了电流方向,降低了V 型口的热量, 
瞬间电流产生非常小的缺陷,一般缺陷长度不会超过壁厚尺寸,从焊缝断口可以看到一个小光亮、平坦的平面被纤维状断口所包围, 
白色过氧化夹杂物缺陷防止措施: 
①V型口角度控制在4°~ 6°;  
②减少剪边毛刺; 
③合适的边缘处理或减少钢带边缘损伤; 
④保持冷却水干净不流向V型口。  
熔合不足——边部没有完全熔合( 开裂) 
两钢带边缘没有完全熔合形成良好的焊缝,开裂边缘呈蓝色,表明钢带曾被加热  
但钢带边缘平坦、光滑,表明焊缝没有完全熔合,这类缺陷最直接的主要原因是焊接加热不足。但考虑到其它相关因素,例如焊缝输入热量V型口的角度和V 型口加热长度,磁棒安装和冷却条件、感应圈尺寸等,这些因素会单独或综合作用而产生缺陷。 
防止熔合不足的措施:  
①焊接输入量与材料厂特性、焊接速度相匹配; 
②磁棒的位置超过挤压辊中心位置3. 2 ~ 3. 5 mm; 
③V型开口角度不超过管径长度; 
④V型口角度不超过6°; 
⑤感应圈内径与钢管外径之差不大于6. 5 mm; 
⑥钢带宽度适合满足生产管径的要求。 
熔合不足——边部熔合不足( 边部波浪) 
焊缝边部熔合不足产生的原因是熔合面没有金属。这类缺陷经常出现在钢带边缘的外侧或内侧和过氧化物缺陷相似。这类缺陷是因为焊缝在3点位置压扁开裂。如图9所示,断口形貌平坦无光泽。 
边部熔合不足的预防措施: 
①钢带边缘平直平行对接; 
②使用较好的挤压量; 
③如果是鼓包造成的缺陷的断口是银灰色的,使用较大的焊接热输入。  
熔合不足——中部熔合不足( 内部冷焊) 
熔合不足的焊缝破坏后,壁厚中部断面呈一平坦银灰色条带 
边缘呈纤维状。这种焊接缺陷是焊接速度要求的功率超过焊机的额定功率放大器,钢带边缘整个端边没有充分的时间加热到焊缝所要的最佳温度和加热深度而产生的。中部熔合不足也可能是由于排出未充分发挥,接合面未完全正确排出的熔融金属而产生的。 
中部熔合不足的预防措施:  
①增加焊机功率; 
②增加焊接挤压量; 
③增加V 型口长度或降低焊接速度。  
铸焊是结合面上的熔融金属没有全部排出,熔合面上的铸态金属和过烧氧化物一样含有金属氧化物,断口形貌根据残留铸态金属含量不同而变化。现大部分呈现平坦、脆性形貌,金相检测可以看到在结合面上有铸态金属,如图11所示。铸焊焊管压扁时开裂。 
铸焊的防止措施:  
①增加焊接排出;  
②增加钢带宽度。 
焊接结合面上的气孔是高温焊接但排出不充分造成的。断口形貌呈纤维状,球状的光亮白点随机分布在整个断口上,白点出现在外壁时,白点的表面现象由于氧化而呈黑色。 
外毛刺清除前可以看到小的气孔,外毛刺清除后在熔合线上也可以看到气孔。 
气孔的预防措施:  
①减少焊接输入量;  
②增加挤压量。 
跳焊 
通常情况下,这类缺陷有规则连续分布,壁厚外侧缺陷类似波浪状缺陷,一般以等距离出现间距。 
跳焊的预防措施: 
①增加焊接电流的滤波设备; 
②检查输入电压;  
③检查辊子和轴。 
防止缺陷的建议 
实际生产中经常是几个因素综合作用产生缺陷,一个狭窄的V型口并不是一定产生过烧氧化物,除非挤压量略小于一个正常值。而小的挤压量可能是钢带纵剪宽度略窄或工装磨损设备安装不合适造成的。 
焊接缺陷的产生还有焊区外的原因,例如冷焊可能由于冷却泵出现抽空现象,不能使磁棒充分冷却。磁棒瞬间变热,使得集中在V型口热量降低,发生冷焊现象。在冷却泵全部不能正常工作,磁棒完全失效之前,增加焊接输入量可以防止冷焊缺陷的发生。 
防止缺陷的最好方法就是查清缺陷的根本原因,尽量搜集可能产生缺陷的各种操作参数。确定有关参数,如工作宽度、焊接速度屏流屏压栅流、挤压量等,观察实际运行,记录要以发现异常波动,以分析产生缺陷的原因为主。生产时可能设定值略超出正常值,但是几个相关变量同时略超过,累计结果表明足以产生缺陷。 
在生产过程中对常见的缺陷及其产生的原因进行分析归类总结,这对缺陷经验操作者来说是非常有益的,既可提高效率,又可以降低成本。 
综述 
(1) 大部分焊接缺陷是由于机组安装或调试不当而产生的; 
(2) 选择合理的制造方案,监测日常运行记录,定期培训高频焊接工有利于减少缺陷; 
(3) 提高剪边和边缘处理质量及线圈蓄能工艺,有利于边部损失缺陷; 
(4) 预维修可以预防工装磨损。