直缝埋弧焊钢管焊缝缺陷生产的原因及解决方法

管线钢属微合金化控轧钢，可焊性好，使用埋弧焊进行焊接时，焊缝很少有裂纹出现，但在直缝埋弧焊钢管生产过程中，某几个规格的钢管焊缝会检测到横向裂纹。这种钢管长12m，壁厚10～30mm，直径508～1422mm，采用JCO成型，CO2+Ar气连续预焊进行打底，3～4丝埋弧自动焊进行内外焊缝一次焊接成型，水柱式耦合超声波自动探伤进行检测时，会在内外焊缝上均发现过位于焊缝边缘的横向热裂纹，从焊趾向焊缝中心开裂。

焊接应力状态对产生裂纹的影响从理论上分析，引起焊缝热裂纹的原因有两点：一是低熔点杂质，二是焊接过程中的拉应力。将低熔点杂质铜的来源降到最低后仍有裂纹产生，需要从焊接应力方面寻找解决办法。钢管生产过程中出现的焊缝横向裂纹的统计情况表明，裂纹的分布规律是：薄壁管和厚壁管较少、中间壁厚(12～16mm)较多；大管径较少，小管径较多。根据这个分布特点，对钢管焊接应力状态进行分析。

直缝埋弧焊管焊接时先进行预焊，再进行内焊，最后进行外焊。对不同管径、不同壁厚钢管内焊时的焊接情况进行比较发现：薄壁管内焊时，焊缝背面红线呈亮白色；厚壁管内焊时，焊缝背面红线呈暗红色；中间壁厚管内焊时，焊缝背面红线亮度介于两者之间。这种现象说明不同壁厚的钢管内焊时焊缝背面的温度有较大差异，这个差异将引起在钢管壁厚方向纵向应力分布状态不同。

钢管焊接时的应力分布与平板焊接时不同，钢管纵向焊接时由于受到管体的拘束，产生的纵向拉应力比平板焊接时大。当焊缝冷却时，在不考虑环境温度影响的情况下，焊缝正面的冷却速度大于焊缝反面的冷却速度，当焊缝反面冷却到产生压缩塑性变形的温度区间时，反面的收缩将使焊缝正面产生弯曲变形，并在正面产生附加的纵向拉应力，若焊缝正面的温度仍处于固-液相间的脆性温度区间，则在双重拉应力的作用下焊缝可能产生横向裂纹，且由于弯曲变形的影响，越接近焊缝表面拉应力值越大，这也是横向裂纹出现在焊缝表面或加强焊缝内的主要原因。

影响拉应力大小的因素主要是焊接时焊缝正反两面最高温度和焊缝的冷却速度。由于正面焊接熔池的温度远远高于金属的熔点，焊缝反面的温度远低于金属的熔点，冷却时焊缝正面的热量通过热传导的方式传递给反面，所以焊缝反面的冷却速度低于焊缝正面的冷却速度。当焊缝反面的温度较高时，正反两面接近于同时伸缩，产生的纵向拉应力较小;当焊缝反面温度较低时，反面处于接近弹性变形状态，能够自由伸缩，产生的纵向拉应力也较小;当焊缝反面的温度处于中间区域时，产生的纵向拉应力较大，是比较容易产生横向裂纹的区间。当焊缝反面温度高于T1低于T2时，焊缝反面的冷却温度曲线通过阴影部分即焊缝正面脆性温度区与焊缝背面塑性温度区相交的区域时，焊缝正面可能产生横向裂纹;当焊缝反面温度低于T1或高于T2时，焊缝反面的冷却温度曲线不通过阴影部分即脆性温度区与塑性温度区相交的区域时，焊缝正面不会产生横向裂纹。