薄壁不銹鋼管燒穿是怎樣產(chǎn)生的碳弧氣刨的安全技術(shù)與防護(hù)措施

  燒穿是指在焊縫上形成穿透性孔洞，造成熔化金屬往下流漏。這種缺陷常在薄壁不銹鋼管焊接時或在坡口加工、組裝不當(dāng)時出現(xiàn)。因?yàn)闊┢茐牧瞬讳P鋼薄壁管焊縫的連續(xù)性和致密性，所以是不容許存在的缺陷，必須加以修補(bǔ)。造成燒穿的原因有：焊接電流過大；焊接速度太慢；接頭組裝間隙太大，鈍邊太小。為防止燒穿，應(yīng)盡量避免對薄壁不銹鋼管加熱過甚。特別是在不銹鋼薄壁管焊接時，更應(yīng)選擇合適的焊接電流和焊接速度，嚴(yán)格控制接頭的間隙。必要時可采用下列的方法：先沿接縫進(jìn)行間距較密集的點(diǎn)固焊，然后壓短電弧進(jìn)行快速焊接不銹鋼薄壁管。如果條件允許，可在背面加上墊板，以避免燒穿。

 層狀撕裂通常發(fā)生在厚鋼板中。其主要成因是鋼板中的MnS夾雜物在受到垂直于板面的拉應(yīng)力下發(fā)展成裂紋后撕裂,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的低塑性破壞。薄鋼板由于較少受到板厚方向的拉應(yīng)力,一般不會產(chǎn)生層狀撕裂問題,但如果薄鋼板中存在MnS夾雜物偏析,在板材受到厚度方向的拉應(yīng)力時,也會產(chǎn)生層狀撕列現(xiàn)象。某廠采用俄羅斯進(jìn)口的3mm薄鋼板(相當(dāng)于中國牌號15#優(yōu)質(zhì)碳素鋼),用高頻電阻焊方法生產(chǎn)的鋼管出現(xiàn)焊縫縱向貫通性裂紋,致使產(chǎn)品大量報廢。生產(chǎn)中,鋼板橫向裁成板條,沿縱向卷圓進(jìn)行焊接,焊縫與鋼板軋制方向垂直。焊接后的鋼管在整形時發(fā)現(xiàn)焊縫處產(chǎn)生縱向貫通性裂紋,裂紋向基材發(fā)展達(dá)十幾毫米深。

 浙江至德鋼業(yè)有限公司根據(jù)薄壁不銹鋼管焊接頭及裂紋的金相觀察發(fā)現(xiàn),鋼管的焊縫熔合區(qū)很窄,主要以白色的鐵素體組成,熱影響區(qū)存在彎曲向鋼管表面的帶狀組織,焊接裂紋萌生于緊靠焊縫的熱影響區(qū)中,并沿帶狀組織向母材擴(kuò)展延伸。圖示出了裂紋在鋼管母材中的擴(kuò)展形貌?？梢婁摴苣覆闹写嬖趪?yán)重的MnS夾雜偏析,沿MnS夾雜偏析帶形成嚴(yán)重的帶狀組織。焊接裂紋正是沿MnS夾雜的開裂和橋接而延伸、發(fā)展的。 由SEM對斷口的觀察可見,斷面存在大量長條狀臺階,韌窩很少,表明材料斷裂前無明顯塑變,具有層狀撕裂的特征。 

 由以上金相和SEM觀察結(jié)果結(jié)合焊接工藝即可分析焊管開裂過程: 如圖所示,焊接過程中,鋼板對接面受熱熔化,并在壓應(yīng)力下形成焊縫。與此同時,熱影響區(qū)軟化,帶狀組織和MnS夾雜偏析帶被擠壓后向表面彎曲,形成暴露于表面的微裂紋源。焊接過程完成后,鋼管的圓周方向外加應(yīng)力撤消,加上焊縫冷卻收縮,使鋼管外圓區(qū)產(chǎn)生垂直焊縫的拉應(yīng)力。焊接熱影響區(qū)暴露于表面的MnS夾雜作為微裂紋源,在拉應(yīng)力作用下開裂,并沿MnS富集的帶狀組織區(qū)發(fā)展、延伸形成層狀撕裂。薄壁不銹鋼管由于很少受到板厚方向的拉應(yīng)力,一般不產(chǎn)生層狀撕裂問題。本例的薄壁不銹鋼管裂紋是一個特殊現(xiàn)象:鋼材中的硫含量(0.023%)雖然對薄板來說并不高,但MnS夾雜的偏析形成了局部區(qū)域的帶狀富集;電阻焊過程的加熱和加壓又使MnS偏析形成的帶狀組織彎曲至受拉應(yīng)力的焊縫外表面。以上材質(zhì)、焊接熱過程和焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)三種因素的綜合作用,造成了薄板材產(chǎn)生了通常在厚鋼板中才出現(xiàn)的層狀撕裂問題。

一、薄壁不銹鋼管碳弧氣刨的安全技術(shù)

 薄壁不銹鋼管碳弧氣刨時除遵守手工電孤焊的安全防護(hù)措施外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

  1. 露天操作時應(yīng)沿順風(fēng)方向操作，防止吹散的薄壁不銹鋼管熔渣燒壞工作服和灼傷皮膚，并注意場地防火；

  2. 因氣刨時使用的電流較大，所以應(yīng)防止焊機(jī)的過載和連續(xù)使用的時間太長，以免將焊機(jī)燒毀；

  3. 在薄壁不銹鋼管、容器或艙室內(nèi)部操作時，內(nèi)部空間尺寸不能過于狹小，并要加強(qiáng)抽風(fēng)及排除煙塵措施；

  4. 碳弧氣刨時應(yīng)使用專用碳棒，或用碳電極改制的扁碳棒。若使用放電影用的碳棒，則放出的有害氣體較多。

二、薄壁不銹鋼管碳弧氣刨防護(hù)措施——水碳弧氣刨

  由于碳弧氣倒時存在著粉塵大、有氣味等缺點(diǎn)，對環(huán)境污染比較嚴(yán)重，所以應(yīng)用范圍受到了一定限制。為了改善這一情況，目前水碳弧氣刨得到了廣泛的應(yīng)用，水碳弧氣刨與碳弧氣刨的原理相同，只是在壓縮空氣中含有大量水霧。利用噴霧來降低碳弧氣倒的粉塵污染。水碳弧氣刨可以使環(huán)境粉塵降低40～60%左右。

  水碳弧氣刨嘴，可用廢舊的射吸式氣焊嘴、改制。將原氣焊嘴和連接氣焊嘴的薄壁不銹鋼管切除，焊上碳弧氣刨嘴，原乙炔入口改為壓縮空氣入口，原氧氣入口改為水入口。壓縮空氣與水在混合室混合后，即從氣刨嘴噴出包含水霧的強(qiáng)力氣流。水霧中含水量的多少，可用針閥控制，為使壓縮空氣中含有充足的水分，可用2毫米的鉆頭將水霧控制孔擴(kuò)大。

 水碳弧氣刨嘴雖然比碳弧氣刨嘴增加了供水膠管，但由于焊接薄壁不銹鋼管工作導(dǎo)線采用了水冷，導(dǎo)線截面可比原來縮小四倍左右，因此重量反而有所減輕。