“川氣東送”合金鋼鋼管焊接力學(xué)性能檢驗(yàn)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(xué)性能檢驗(yàn)及判定曹淑榮(中國(guó)石化集團(tuán)江漢石油管理局油田建設(shè)工程公司，湖北潛江433123)摘要川氣東送工程焊接工藝評(píng)定是一項(xiàng)重要的工作。本文對(duì)其中力學(xué)性能檢驗(yàn)的判斷重點(diǎn)及存在的問題進(jìn)行了總結(jié)，以利于下一步工作的順利進(jìn)行。關(guān)鍵詞焊接力學(xué)性能檢驗(yàn)判定中圖分類號(hào)TG4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)1672—9323(2008)01—0023—04川氣東送

2、工程是中石化集團(tuán)目前進(jìn)行的最大工程。該工程的焊接工藝評(píng)定工作由江漢油田油建公司承擔(dān)。在該項(xiàng)工作中，我站負(fù)責(zé)焊接接頭的無損檢測(cè)及焊接工藝評(píng)定三項(xiàng)試驗(yàn)(拉伸、彎曲、刻槽錘斷)工作。在上述焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)進(jìn)行過程中，我們遇到的一些試驗(yàn)狀況在以前未曾經(jīng)歷過。結(jié)合在該項(xiàng)工作中的實(shí)際情況，本文就怎樣準(zhǔn)確判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及試驗(yàn)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(píng)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(shí)需要控制焊接工藝，采用預(yù)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(yàn)過程中出現(xiàn)了這樣的問題：焊縫無損檢測(cè)結(jié)果為合格，而刻槽錘斷、拉仲試驗(yàn)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(gè)夾渣之間的距離小于127ram。對(duì)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容進(jìn)行比較，如表1所示。經(jīng)過比較、分析，我們排除了無損檢測(cè)評(píng)定過程中的偏差及無損檢測(cè)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(xué)性能使用的標(biāo)準(zhǔn)與無損檢測(cè)使用的標(biāo)準(zhǔn)不是同一標(biāo)準(zhǔn)，要求不盡相同，SY／T4109

5、—2005較SY／T4103—1995嚴(yán)格。表1標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容比較檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法對(duì)夾渣深度焊縫斷兩夾渣的長(zhǎng)度及豐H鄰央渣州的距進(jìn)行規(guī)定：夾渣深度應(yīng)小于08mm，長(zhǎng)度應(yīng)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(yīng)有127mrrSY／T4103無缺帑的焊縫金屬。l995分為細(xì)長(zhǎng)夾漬及獨(dú)立夾渣。對(duì)夾渣的寬度(在刻槽錘斷試驗(yàn)中表現(xiàn)為焊縫斷面央渣的長(zhǎng)度)央渣的累積長(zhǎng)度、單個(gè)細(xì)X射線檢測(cè)長(zhǎng)央渣的長(zhǎng)度進(jìn)行評(píng)定，不分級(jí)別只有合格

6、或不合格。SY／T4109x射線檢測(cè)對(duì)條狀?yuàn)A渣的寬度、單個(gè)缺欠長(zhǎng)度及總長(zhǎng)度進(jìn)行評(píng)定，2o05按有無缺欠及缺火大小分為四級(jí)。(2)每種檢驗(yàn)方法均有其局限性。比較而言，力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果更直觀，無損檢測(cè)技術(shù)無法對(duì)夾渣的深度進(jìn)行定量判定；同時(shí)，由于X射線入射角度的不同，缺陷在底片上的投影位置會(huì)產(chǎn)生一定的變形，因此，對(duì)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(zhǔn)確測(cè)量。22白點(diǎn)在本次焊接工藝評(píng)定力學(xué)性能檢驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)斷面上有

7、白點(diǎn)。白點(diǎn)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(diǎn)。其圓形面較灰白色顏色白，呈銀白色斑點(diǎn)，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(xué)成分、使用的焊接方法及焊接材料的品種有關(guān)。通常，在低強(qiáng)度鋼焊縫金屬拉斷面上不會(huì)出現(xiàn)白點(diǎn)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(diǎn)。白點(diǎn)成因是鋼中的氫在應(yīng)力作用下向拉應(yīng)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(yīng)力聯(lián)合作用是白點(diǎn)產(chǎn)生的原因。白點(diǎn)一旦受到外

8、力作用而擴(kuò)展為裂紋，最后會(huì)導(dǎo)致焊件斷裂。因此，應(yīng)盡量消除焊縫金屬中的白點(diǎn)。主要的方法是減少焊縫中的氫含量、進(jìn)行焊后熱處理以消除焊縫應(yīng)力。目前，本次焊接歡迎訪問：《中國(guó)化工建設(shè)網(wǎng)》WWWcccenrorg維普資訊學(xué)兔兔www.xuetutu.comPetroleumandChemicalConstruction＆C石油化工建設(shè)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(yàn)及刻槽錘斷試驗(yàn)斷面均有白點(diǎn)出現(xiàn)。雖然經(jīng)過一定時(shí)間

9、的自然時(shí)效，會(huì)有一部分氫擴(kuò)散，但僅依靠時(shí)效處理是不夠的。本人認(rèn)為有必要進(jìn)行焊后熱處理，以利擴(kuò)氫或消除應(yīng)力。本次所用標(biāo)準(zhǔn)SY／T4103—1995((鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收未對(duì)白點(diǎn)的判定做出明確規(guī)定，但西氣東輸工程的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q／SYXQ4—2001西氣東輸管道工程焊接施工及驗(yàn)收規(guī)范5533條對(duì)白點(diǎn)的判斷有明確的闡述：白點(diǎn)不作為不合格的原因。本次試驗(yàn)借鑒西氣東輸工程標(biāo)準(zhǔn)，亦未做評(píng)定，并將此詳細(xì)記錄在原始記錄及報(bào)告中。西氣東輸工程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)白點(diǎn)不做評(píng)

10、定的原因及該項(xiàng)判定的出發(fā)點(diǎn)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(diǎn)的出現(xiàn)，在一定程度上影響了氣孔的判斷。因此，對(duì)斷面缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，一定要非常仔細(xì)。24未焊透和未熔合刻槽錘斷試驗(yàn)要求斷裂面應(yīng)完全焊透和熔合。本次焊接工藝評(píng)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(jìn)行無損檢測(cè)時(shí)，由于檢測(cè)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(cè)出來。3拉伸試驗(yàn)的評(píng)判本次焊接工藝評(píng)定力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為SY／T4103—1995((鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收))。該標(biāo)準(zhǔn)要求力學(xué)性能試樣為平行試樣，長(zhǎng)約230ram、寬25ram，而實(shí)際使用的試樣為緊湊型帶肩板形拉伸試樣。試驗(yàn)結(jié)果顯示：拉伸試驗(yàn)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(diǎn)集中位置。拉伸

12、試驗(yàn)不僅僅只檢驗(yàn)焊接接頭抗拉強(qiáng)度是否符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，如果斷裂位置在焊縫或熔合區(qū)，還需要檢驗(yàn)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(yàn)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(yàn)收))進(jìn)行拉伸試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度的檢驗(yàn)，不同于GB／T228—2002((金屬材料拉伸試驗(yàn)。在GB／T228—2002((金屬材料拉伸試驗(yàn)中，會(huì)對(duì)抗拉強(qiáng)度按一定的方法進(jìn)行修約，例如：56790

13、MPa將修約至570MPa，達(dá)到管材的力學(xué)性能要求；而使用SY／T4103—1995((鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收))，56790MPa的修約值為568MPa，低于管材的力學(xué)性能要求。‘4刻槽錘斷試驗(yàn)的評(píng)判本次焊接工藝評(píng)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(yàn)為纖維狀斷口，而同一焊口四個(gè)刻槽錘斷試樣斷口均為結(jié)晶狀斷口。對(duì)用伯樂焊絲的焊口拉伸試驗(yàn)與刻槽錘斷試驗(yàn)的斷口特點(diǎn)進(jìn)行比較，如表2所示。表2同一焊口拉伸

14、試驗(yàn)與刻槽錘斷試驗(yàn)斷口比較表、遺硎|拉仲試驗(yàn)刻槽錘斷試驗(yàn)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(shí)無組織特點(diǎn)組織均勻，斷裂面上有明顯的勢(shì)切磚延腥性，有強(qiáng)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(yán)重的白點(diǎn)2、少量白點(diǎn)，顏色較常規(guī)白點(diǎn)暗試驗(yàn)方法萬能材料試驗(yàn)機(jī)拉斷萬能材料試驗(yàn)機(jī)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(yàn)方法與取樣位置對(duì)試驗(yàn)的影響，產(chǎn)生以上不同結(jié)果是因?yàn)樵?/p>

15、樣的加工方式對(duì)檢驗(yàn)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(dāng)于對(duì)試樣進(jìn)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(yīng)力、加速氫擴(kuò)散的作用。在SY／T4103—1995((鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收》中對(duì)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(yàn)知識(shí)中找到標(biāo)準(zhǔn)GB18141979((鋼材斷口檢驗(yàn)法))，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)

16、判，結(jié)晶斷口為正常斷口，白點(diǎn)斷口屬于破壞金屬連續(xù)性的缺陷。因此，試驗(yàn)過程中對(duì)脖I生斷裂試件均判為合格。5彎曲試驗(yàn)要點(diǎn)根據(jù)SY／T4103—1995((鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收，彎曲試驗(yàn)采用導(dǎo)向彎曲試驗(yàn)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(yàn)的要點(diǎn)是：注意試件受彎面邊緣的處理，試驗(yàn)前用銼刀倒角，圓滑過渡，避免應(yīng)力集中；緩慢、連續(xù)、均勻地施加外力，試驗(yàn)結(jié)束前不應(yīng)停頓或卸載。6建議(1)應(yīng)重新選擇試樣的加工方式，以避