钢管柱直缝埋弧焊接常见缺陷产生原因及预防措施
发表时间：2020-07-23T15:44:34.760Z 来源：《城镇建设》2020年第11期 作者： 崔永强 张原 刘晓林 陈鹏辉[导读] 随着社会的发展，我国现代化建设的发展日新月异。
摘要：随着社会的发展，我国现代化建设的发展日新月异。钢结构建筑在建筑行业得到广泛的应用，对钢管柱质量要求也在不断提高，不仅要求焊缝内在质量缺陷少、具有良好的力学性能，而且还要求焊缝的外观形貌越来越美观，即焊缝余高不能超高、焊缝不能存在裂纹、夹渣、咬边、焊缝鱼脊背等质量缺陷，焊缝与母材需平滑过渡等。本文分析了钢管柱直焊缝产生缺陷的原因，并针对出现的质量缺陷提出了预防措施，为其他类似工程提供了参考。
关键词：钢管柱埋弧焊接；常见缺陷；产生原因；优化措施
Causes and preventive measures of common defects in straight seam submerged arc welding of steel tube
Cui Yongqiang Zhang Yuan Liu Xiaolin Chen Penghui
(China Construction Eighth Engineering Division Corp., LTD Steel Structure Engineering Company, Shanghai 200125,China)
Abstract:With the development of society, the development of China's modernization is changing with each passing day.Steel structure has been widelyused in the construction industry, the quality requirement of steel pipe column are also constantly improve, not only requires less inner quality ofwelding defects, has good mechanical properties, but also requires the appearance of weld appearance is more and more beautiful, the weld residualhigh can't high, weld cracks, slag inclusion, bite side, weld the fish back, quality defects such as weld and parent metal to be smooth transition, etc.Thispaper analyzes the causes of defects in the straight weld of steel pipe column, and puts forward preventive measures for the quality defects, providingreference for other similar projects.
Keywords: steel column straight seam submerged arc welding pipe；Common defects；Causes；Optimization measures
引言[]
圆管直缝埋弧焊会产生的裂纹、夹渣、咬边、弧坑等缺陷，裂纹属于危害性高的缺陷，主要分布在焊缝边缘熔合线区域。尺寸较小的裂纹主要分布在焊缝边缘上下表面区域，其纵向长度一般为0.5～5mm，宽度为0.01～0.5mm。尺寸较大的裂纹顺着焊缝边缘扩展，贯穿整个焊缝截面，裂纹长度达到几十至上百毫米，造成焊缝边缘从外至内延展性裂纹的现象。针对于裂纹及其他缺陷危害的严重性，对圆管直缝埋弧焊工艺分析缺陷产生的原因，制定整改措施，总结出切实可行的方法，为类似工程提供参考及借鉴。1 工程概况
本项目由交易大厅、小型汽车展厅、办公用房、汽车维修间、餐厅及会议室为一体的商业建筑。建筑面积13.2万平方米，地上建筑面积：102729.12m2；地下建筑面积：29471.89m2。整体为框架结构，钢结构分布于B1～F1～F6层及钢连廊，结构高度40.7m，总用钢量约1.16万吨，（工程效果图如图1所示）。材质主要为Q355B,厚度：13~40mm；其中本项目圆管柱为474根，焊缝总长度为3215.3米。
图1 工程效果2 焊接工艺
钢结构焊接，常用的焊接方法有手工电弧焊(SMAW)、熔化极气体保护焊(GMAW)和埋弧焊(SAW),针对圆管直缝焊接选择专用的埋弧焊装置（如图2所示）。埋弧焊的优点有熔敷速度高，生产效率高，焊接质量好。
图2 直缝焊接 2.1母材
本项目钢板材质为Q355B,机械性能满足GB/T1591-2018《低合金高强度结构钢》中的有关规定；见表1所示。
表1 母材
2.2焊材
本项目主要采用埋弧焊进行焊接，埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能不低于GB/T5293-2018《埋弧焊用非合金钢及细晶粒钢实心焊丝、药芯焊丝和焊丝-焊剂组合》 的有关规定；见表2所示。 表2 焊材
2.3焊接参数
为保证焊接质量，焊接参数严格按照焊接工艺评定执行，以线能量的输入控制焊接质量的目的；见表3所示。 表3 焊接参数
3 常见的焊接质量问题 3.1 焊缝偏转 3.1.1原材料原因
圆管柱的卷管原料为定尺钢板，钢板订货技术协议只能保证名义尺寸的最小矩形，到货钢板成品存在对角线超差的现象。热轧钢板经过控轧控冷的钢板存在成分起伏和强度起伏，特别是在对钢管进行JCO多步成型过程中（如图3所示），钢板不同部位强度不同，造卷制过程中出现轴向错动和焊缝径向
图3 压力机偏转 3.1.2设备因素
实际生产中，圆管柱直焊缝是否偏转在卷管成型工序后就被固定下来。成型机相关部件进行测绘后发现，成型机上、下模中心线不同心。这样的偏差带来钢板在成型机内卷制时不是均匀卷制，即成型机模具中心线与矩形钢板的板边并不是平行关系，从而造成卷制后的管坯在合缝后出现焊缝偏转。 3.2常见缺陷
钢管常见缺陷主要包括以下几种。
（1）裂纹，纵向裂纹，一般发生于焊缝中心或沿焊缝长度开裂。原因：钢板和焊丝以及焊剂中的硫元素和磷元素过多、焊缝有弧坑。横向裂纹，指裂痕与焊缝表现为垂直方向。原因：焊接过程中焊缝背面的纵向拉力偏大。铜裂纹，类似于生锈的龟背裂纹。原因：导电嘴烧损后进入焊缝导致。
（2）根部夹渣，通常发生于外焊缝根部的熔合线处。外焊侧面，指夹渣处于外焊缝侧面的熔合线位置。内焊侧面，发生于内焊缝侧面的熔合线处。原因：焊缝根部过快冷却、焊剂内杂质较多、钢板表面有较多氧化皮、电流电压不稳、焊接坡口有异物、焊接坡口异常。
（3）不够笔直，指的是钢管存在弯曲现象。主要由直缝埋弧焊管在单侧焊缝后导致、或是存在受力不均匀、应力与钢管的屈服度之间存在较大差异。
（4）椭圆，指钢管存在不规则圆形，原因：钢管成型参数和扩径参数存在不合理现象。
（5）内翻或外翻，指钢管的轮廓线存在局部误差，出现内翻或是外翻现象。原因：钢管的预弯或者成型曲率存在不合理。（6）压坑，指钢管外部存在外物导致的凹形痕迹。原因：钢板铣边、成型和预弯可能有铣屑或异物进入。
（7）划伤，指钢管表面存在较深的划痕。原因：钢板运输时误伤、生产过程中在纵向或横向时有尖锐异物出现。（8）摩擦伤痕，表现为中间较深而两侧较浅的划痕，偶尔会对称出现。产生原因为输送时辊道转动所导致。4 焊接质量控制措施
4.1 优化铣边坡口尺寸
针对生产钢管8mm≤壁厚＜10mm时存在的焊缝余高超高，钢管20mm≤壁厚≤25mm壁厚时存在的焊缝鱼脊背问题，重新设计优化了坡口参数。
4.1.1 针对8≤壁厚＜10mm的钢管，生产采用的坡口角度90°，钝边4mm，m值2.5～3mm。若想降低外焊缝余高，必须增大外坡口尺寸即n值，目前90°坡口刀已为所使用的最大角度，故只能更改钝边尺寸h和坡口深度（即n、m值），于是在现有刀盘尺寸的基础上，对铣边刀盘进行改造，通过增加垫片，将钝边h值由4mm减小至极限值3.4mm，上坡口斜面长度m值由2.5～3mm减小至极限值2～2.5mm。
4.1.2 针对20mm≤壁厚≤25mm壁厚钢管，生产采用的坡口角度内90°外75°，钝边8.5mm，n-m值1～1.5mm。如要增加坡口角度，目前比75°大的只有90°，但通过对焊缝横截面熔敷量模拟计算，若角度从75°增加到90°，熔池金属填充量在原基础上会增加40%左右，熔敷量变化太大，若要采用原有的焊接规范，焊缝就会低于母材，若要余高合适，就必须增加焊接热输入量，如此会对焊缝内在力学性能产生较大影响。故针对大壁厚钢管，笔者从改变钝边尺寸和坡口深度上考虑，但钝边尺寸过小易产生成型不稳定、焊接烧穿等缺陷，故调整坡口深度n和m值，通过改变n-m的差值调整坡口深度，将n-m值由1～1.5mm增加至2.5～3mm，从而将外坡口宽度增加了2mm。 因此，针对不同壁厚的生产要求，以生产数据为基础，参考试验结果，应制定适用的钝边尺寸和坡口深度。 4.2控制焊缝偏转
受到成型机模具与矩形钢板间存在成型角度误差的启发，借助设备进行反向纠偏。成型机上有进口推板小车和出口推板小车各一个，每个小车包含两个行走机构。可以借助调整成型机进口、出口不同位置推板小车尾部张紧链轮，调整推板小车的偏移方向，进而对卷管成型过程中钢板与模具间的角度进行反向调整，经过多次现场试验和合缝后测量，证明此方法有效，并且可以根据首检管生产过程中焊缝偏转的测定情况，有针对性地调整出适应本批次原料的推板小车位置，最大限度地降低焊缝偏转。 4.3焊接工艺优化
4.3.1裂纹的优化措施：
纵向裂纹：控制硫、磷元素的含量；调整坡口大小和焊缝熔合比。 横向裂纹：增加坡口钝边尺寸、减小线能量。
铜裂纹：预防措施：延长焊丝干伸长、缩减焊丝熄弧返烧的时长。 4.3.2夹渣优化措施
优化焊接工艺并降低熔深及保证热输入、选择高质量焊剂、清除坡口外侧的氧化皮、确保合理的焊接参数并调节焊接设备、清洁焊接坡口异物、降低坡口加工的误差。5 结语
在实际生产中，钢管柱直缝埋弧焊接经常会出现各种各样的缺陷，需要仔细观察并找出导致缺陷的具体原因，之后再采取措施进行修正，如此才能不断提升我国的钢管生产质量（如图4所示）。而钢管的检测也非常重要，可以参照存在的缺陷来制定相应的检测方法，检测要以无损为目标，尽可能避免出现错检和漏检现象，确保出厂的钢管均符合质量要求，这一点仍需努力。钢管质量需要从生产和检验两方面入手才能得以真正提升，钢管的使用寿命和质量非常重要，对于保障安全来讲意义非常重要。
图4 成型焊缝
参考文献:
[1]钢结构工程施工质量验收规范.GB 50205-2017.北京.中国计划出版社.
钢管柱直缝埋弧焊接常见缺陷产生原因及预防措施
