“川氣東送”合金鋼鋼管焊接力學性能檢驗及判定

1、第30卷第1jIll2008年2月。隱穗?！按鈻|VO130No1Feb2008送“合金鋼鋼管焊接力學性能檢驗及判定曹淑榮(中國石化集團江漢石油管理局油田建設工程公司，湖北潛江433123)摘要川氣東送工程焊接工藝評定是一項重要的工作。本文對其中力學性能檢驗的判斷重點及存在的問題進行了總結(jié)，以利于下一步工作的順利進行。關鍵詞焊接力學性能檢驗判定中圖分類號TG4文獻標識碼B文章編號1672—9323(2008)01—0023—04川氣東送

2、工程是中石化集團目前進行的最大工程。該工程的焊接工藝評定工作由江漢油田油建公司承擔。在該項工作中，我站負責焊接接頭的無損檢測及焊接工藝評定三項試驗(拉伸、彎曲、刻槽錘斷)工作。在上述焊接工藝評定試驗進行過程中，我們遇到的一些試驗狀況在以前未曾經(jīng)歷過。結(jié)合在該項工作中的實際情況，本文就怎樣準確判斷實驗結(jié)果以及試驗過程中存在的問題，提出自己的看法。1鋼材的可焊性本次川氣東送工程焊接工藝評定所用鋼管規(guī)格為中101621ram，材質(zhì)為X70。根

3、據(jù)鋼管生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品質(zhì)量證明書，Ceq在034％～040％之間，因此，可以知道該種鋼材呈現(xiàn)淬硬傾向，施焊時需要控制焊接工藝，采用預熱措施并使熱影響區(qū)緩慢冷卻，以免發(fā)生淬硬開裂。2常見缺陷的判斷21夾渣焊縫金屬中或焊縫金屬與母材金屬之間的非金屬固體夾雜物叫夾渣，是拉伸及刻槽錘斷試樣斷面最常見的缺陷。這種缺陷比較容易判斷和觀察。韌性斷裂斷面呈纖維狀；脆性斷裂斷面整齊、平整，有金屬光澤；夾渣的顏色較韌性斷裂顏色深，與焊縫金屬問有明顯的界面

4、。在本次試驗過程中出現(xiàn)了這樣的問題：焊縫無損檢測結(jié)果為合格，而刻槽錘斷、拉仲試驗斷面呈現(xiàn)的夾渣缺陷為不合格。不合格的原因表現(xiàn)為：夾渣深度大于08ram，兩個夾渣之間的距離小于127ram。對兩個標準的內(nèi)容進行比較，如表1所示。經(jīng)過比較、分析，我們排除了無損檢測評定過程中的偏差及無損檢測技術(shù)未能發(fā)現(xiàn)焊縫中存在的缺陷兩種可能性。最后找出了問題的原因在于：(1)力學性能使用的標準與無損檢測使用的標準不是同一標準，要求不盡相同，SY／T4109

5、—2005較SY／T4103—1995嚴格。表1標準內(nèi)容比較檢測標準檢測方法對夾渣深度焊縫斷兩夾渣的長度及豐H鄰央渣州的距進行規(guī)定：夾渣深度應小于08mm，長度應不大：j鋼管公刻槽錘斷稱壁厚的1／2，且小于32ram。相鄰央渣問至少應有127mrrSY／T4103無缺帑的焊縫金屬。l995分為細長夾漬及獨立夾渣。對夾渣的寬度(在刻槽錘斷試驗中表現(xiàn)為焊縫斷面央渣的長度)央渣的累積長度、單個細X射線檢測長央渣的長度進行評定，不分級別只有合格

6、或不合格。SY／T4109x射線檢測對條狀夾渣的寬度、單個缺欠長度及總長度進行評定，2o05按有無缺欠及缺火大小分為四級。(2)每種檢驗方法均有其局限性。比較而言，力學性能試驗結(jié)果更直觀，無損檢測技術(shù)無法對夾渣的深度進行定量判定；同時，由于X射線入射角度的不同，缺陷在底片上的投影位置會產(chǎn)生一定的變形，因此，對同一截面上存在的兩處夾渣問的距離是否大于或小于127mm亦無法準確測量。22白點在本次焊接工藝評定力學性能檢驗過程中，發(fā)現(xiàn)斷面上有

7、白點。白點是在焊縫金屬拉斷面上出現(xiàn)的如魚目狀的一種白色圓形斑點。其圓形面較灰白色顏色白，呈銀白色斑點，中間有鬼，如魚的眼睛。這是一種焊縫缺陷，與焊接母材的化學成分、使用的焊接方法及焊接材料的品種有關。通常，在低強度鋼焊縫金屬拉斷面上不會出現(xiàn)白點現(xiàn)象，而在鑄件、鍛件、合金鋼、不銹鋼焊接件中易產(chǎn)生白點。白點成因是鋼中的氫在應力作用下向拉應力區(qū)富集，使鋼產(chǎn)生所謂氫脆，發(fā)生脆性斷裂。也就是說，氫和附加應力聯(lián)合作用是白點產(chǎn)生的原因。白點一旦受到外

8、力作用而擴展為裂紋，最后會導致焊件斷裂。因此，應盡量消除焊縫金屬中的白點。主要的方法是減少焊縫中的氫含量、進行焊后熱處理以消除焊縫應力。目前，本次焊接歡迎訪問：《中國化工建設網(wǎng)》WWWcccenrorg維普資訊學兔兔www.xuetutu.comPetroleumandChemicalConstruction＆C石油化工建設2008年第30卷第1卿工藝中未包含焊后熱處理等工藝措施，拉伸試驗及刻槽錘斷試驗斷面均有白點出現(xiàn)。雖然經(jīng)過一定時間

9、的自然時效，會有一部分氫擴散，但僅依靠時效處理是不夠的。本人認為有必要進行焊后熱處理，以利擴氫或消除應力。本次所用標準SY／T4103—1995((鋼質(zhì)管道焊接及驗收未對白點的判定做出明確規(guī)定，但西氣東輸工程的企業(yè)標準Q／SYXQ4—2001西氣東輸管道工程焊接施工及驗收規(guī)范5533條對白點的判斷有明確的闡述：白點不作為不合格的原因。本次試驗借鑒西氣東輸工程標準，亦未做評定，并將此詳細記錄在原始記錄及報告中。西氣東輸工程標準對白點不做評

10、定的原因及該項判定的出發(fā)點是什么，目前尚不清楚。23氣孔氣孔在斷面上不常見。由于白點的出現(xiàn)，在一定程度上影響了氣孔的判斷。因此，對斷面缺陷進行檢驗時，一定要非常仔細。24未焊透和未熔合刻槽錘斷試驗要求斷裂面應完全焊透和熔合。本次焊接工藝評定沒有發(fā)現(xiàn)有未焊透現(xiàn)象，但有少量未熔合現(xiàn)象。其表現(xiàn)特征為：斷裂金屬面一面呈半球形、表面光滑、有光澤的金屬組織，另一面呈光滑凹陷、灰色、無金屬光澤。未熔合通常出現(xiàn)在焊縫與母材之間的熔合區(qū)或焊道之間，用X射

11、線進行無損檢測時，由于檢測方法的局限性或X射線底片上的影像比較淡，這種未熔合不易被檢測出來。3拉伸試驗的評判本次焊接工藝評定力學性能試驗標準為SY／T4103—1995((鋼質(zhì)管道焊接及驗收))。該標準要求力學性能試樣為平行試樣，長約230ram、寬25ram，而實際使用的試樣為緊湊型帶肩板形拉伸試樣。試驗結(jié)果顯示：拉伸試驗斷裂位置均在焊縫或熔合區(qū)，焊縫內(nèi)部的缺陷一目了然；緊湊型帶肩板形拉伸試樣致使試樣中間平行部分成為弱點集中位置。拉伸

12、試驗不僅僅只檢驗焊接接頭抗拉強度是否符合標準的規(guī)定，如果斷裂位置在焊縫或熔合區(qū)，還需要檢驗斷面是否存在缺陷，缺陷的性質(zhì)、大小、數(shù)量、位置是否符合刻槽錘斷試驗的要求。因此，試樣斷裂特征及缺陷的表述十分重要。依據(jù)SY／T4103—1995((鋼質(zhì)管道焊接及驗收))進行拉伸試驗抗拉強度的檢驗，不同于GB／T228—2002((金屬材料拉伸試驗。在GB／T228—2002((金屬材料拉伸試驗中，會對抗拉強度按一定的方法進行修約，例如：56790

13、MPa將修約至570MPa，達到管材的力學性能要求；而使用SY／T4103—1995((鋼質(zhì)管道焊接及驗收))，56790MPa的修約值為568MPa，低于管材的力學性能要求。‘4刻槽錘斷試驗的評判本次焊接工藝評定工作后期，在與前期焊接工藝相同的情況下，采用伯樂焊絲作為填充層的焊材，拉伸試驗為纖維狀斷口，而同一焊口四個刻槽錘斷試樣斷口均為結(jié)晶狀斷口。對用伯樂焊絲的焊口拉伸試驗與刻槽錘斷試驗的斷口特點進行比較，如表2所示。表2同一焊口拉伸

14、試驗與刻槽錘斷試驗斷口比較表、遺硎|拉仲試驗刻槽錘斷試驗經(jīng)較內(nèi)、l，纖維狀斷口t無光澤，無結(jié)晶顆粒、1，結(jié)狀斷口：亦稱脆斷，斷裂時無組織特點組織均勻，斷裂面上有明顯的勢切磚延腥性，有強烈的金賦光擇和明顯的結(jié)晶顆粒，斷面平齊。2，熱焊層中分布有較嚴重的白點2、少量白點，顏色較常規(guī)白點暗試驗方法萬能材料試驗機拉斷萬能材料試驗機拉斷取樣位置拉仲試件與刻槽錘斷試件相鄶或與彎出I試什栩隔排除試驗方法與取樣位置對試驗的影響，產(chǎn)生以上不同結(jié)果是因為試

15、樣的加工方式對檢驗結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響，其原因是：刻槽錘斷試樣在加工過程中，由于刻槽在局部車削，產(chǎn)生巨大熱量，致使試樣加熱到一定溫度，然后在空氣中冷卻，相當于對試樣進行了類似于退火的熱處理，改變了焊縫金屬組織結(jié)構(gòu)，部分起到了削除內(nèi)應力、加速氫擴散的作用。在SY／T4103—1995((鋼質(zhì)管道焊接及驗收》中對脆性斷裂是否合格，沒有做出說明。后經(jīng)查找資料，在金相檢驗知識中找到標準GB18141979((鋼材斷口檢驗法))，根據(jù)該標準進行評

16、判，結(jié)晶斷口為正常斷口，白點斷口屬于破壞金屬連續(xù)性的缺陷。因此，試驗過程中對脖I生斷裂試件均判為合格。5彎曲試驗要點根據(jù)SY／T4103—1995((鋼質(zhì)管道焊接及驗收，彎曲試驗采用導向彎曲試驗胎具，與常用的金屬材料支輥式彎曲裝置不同，不能用支輥式彎曲裝置代替。試驗的要點是：注意試件受彎面邊緣的處理，試驗前用銼刀倒角，圓滑過渡，避免應力集中；緩慢、連續(xù)、均勻地施加外力，試驗結(jié)束前不應停頓或卸載。6建議(1)應重新選擇試樣的加工方式，以避