Напречно напукване в заварени стоманени тръби: Основни причини и превенция

Напукването остава един от най-сериозните дефекти, срещани при производството на заварени тръби, и също така е един от най-малко прощаващите - за разлика от отклонение в размерите или дефект на повърхността, пукнатината в заваръчния шев е структурен дефект, който може да се разпространи при експлоатационно натоварване и да доведе до пълна повреда. Пукнатините в заварени тръби обикновено се класифицират според тяхната ориентация спрямо заваръчната линия в две категории:надлъжни пукнатини, които вървят успоредно на заваръчния шев, инапречни пукнатини, които преминават през него. Тази статия се фокусира конкретно върху напречното напукване - защо се образува и какво трябва да контролира производителят, за да го предотврати, с особено внимание върху спиралата (SSAW) заварени тръби, където геометрията на спиралния шев добавя свои собствени съображения към общата включена металургия на заваряване.

Напречните пукнатини в заварените тръби най-често се образуват по време на втвърдяването и кристализацията на самия заваръчен метал, а не след това. Докато разтопената заваръчна вана се охлажда, тя постепенно се втвърдява от външните ръбове на вана навътре към централната линия, като зърната растат в посоката на топлинния поток. Това втвърдяване е придружено от обемно свиване - металът просто заема по-малко място, докато преминава от течно към твърдо състояние и продължава да се свива, докато се охлажда допълнително към стайна температура.

Това свиване генериранапрежение на опънпо дължината на заваръчния шев и тъй като околният основен метал и вече-втвърденият метал на заваръчния шев се съпротивляват на свиването, развиващото се напрежение се концентрира най-силно в централната линия на заваръчния шев, където последният течен метал се втвърдява и където границите на зърната от двете страни на басейна се срещат почти челно-. Ако този участък от централната линия не може да поеме напрежението на опън -, защото структурата на зърното е неблагоприятна, защото вредни микроелементи са отслабили границите на зърното или защото самото напрежение е по-високо, отколкото трябва да бъде поради лош контрол на процеса -, се отваря пукнатина, перпендикулярна на посоката на заваръчния шев. Тази перпендикулярна ориентация е точно това, което го прави напречна пукнатина, а не надлъжна.

Диаграмата по-долу илюстрира този механизъм: фронтът на втвърдяване, следващ заваръчната горелка, напрежението на свиване, което тегли през заваръчната линия, докато басейнът се охлажда, и полученото отваряне на пукнатини в централната линия, където това напрежение се концентрира.

Напрежението на свиване при втвърдяване е основно състояние на всяка заварка - то не може да бъде елиминирано изцяло, а само управлявано. Но вторият фактор много по-лесно превръща обикновеното напрежение от свиване в действително пукнатина: наличието на примеси с ниска -точка на-точка на топене в заваръчния метал и при производството на спираловидно-заварени тръби,медта е най-честият нарушител.

Медта навлиза в заваръчната вана от неочакван източник: тънкото медно покритие, нанесено върху заваръчната тел за предотвратяване на повърхностна ръжда по време на съхранение и за подобряване на електрическия контакт и захранването през заваръчното оборудване. Тъй като телта преминава през контактния връх с висока скорост, триенето постепенно износва отвора на върха и фините медни частици - както от покритието на телта, така и в износените накрайници, от самия меден контактен връх - се отлепват и се пренасят във флюса и дъгата, като в крайна сметка достигат до разтопената заваръчна вана.

Медта се топи при много по-ниска температура от стоманата. Тъй като заваръчната вана се втвърдява, наличната мед не се втвърдява с основната стоманена матрица - тя остава течна по-дълго и се отделя до границите на зърната, където ги намокря и отслабва. Това е форма накрехкост на течен{0}}метал: границата на зърното, вече подложена на напрежение на опън от нормалното свиване при втвърдяване, сега има много по-малко съпротивление на това напрежение, тъй като медта е компрометирала своята кохезия. Резултатът е, че на замърсените с мед-граници се появяват напречни пукнатини при нива на напрежение, които една незамърсена заварка би понесла без проблем.

Предотвратяването на напречно напукване не е въпрос на някаква отделна корекция -, то изисква контролиране както на основното напрежение на свиване, така и на металургичното замърсяване, което прави заваръчния шев уязвим към него. На практика това се свежда до пет области на контрол на процеса.

1. Избор на консумативи за заваряване

Отправната точка е изборът на заваръчна тел и флюс с химически състав, подходящ за основния материал и без излишни вредни микроелементи. Внимателният избор на консумативи намалява основното ниво на примеси, влизащи в заваръчната вана, което намалява вероятността от напречно напукване, независимо от това какво друго се случва надолу по веригата в процеса. Това е решение, взето преди дори да започне заваряването, и определя тавана за това колко чист може да бъде заваръчният метал - никакъв контрол на процеса надолу по веригата не може напълно да компенсира лошия избор на консуматив.

2. Дизайн на фаска и контрол на проникването

Геометрията на канала или скосяването на заваръчната фуга пряко влияе върху това колко заваръчен метал е отложен и как се развива моделът на втвърдяване. Общият принцип тук е да се намали вътрешната фаска на заваръчния шев, където е възможно, без да се жертва дълбочината на проникване, от която съединението действително се нуждае. По-малък вътрешен скос, съчетан с подходящо проникване, води до по-малък обем на заваръчната вана и по-къс път на втвърдяване, като и двете намаляват големината на напрежението на свиване, което се развива при охлаждане на заваръчния шев. Постигането на този правилен баланс изисква тясна координация между дизайна на скосяване и параметрите на заваряване (ток, напрежение, скорост на движение), действително използвани на линията, тъй като дизайнът на скосяването не може да бъде оценен изолирано от процеса, с който е съчетан.

3. Прецизно формоване и подравняване на ролката

По-специално при спираловидно{0}}заварени тръби, точността на процеса на-оформяне на ролка, който оформя плоската лента в тялото на спираловидната тръба, има пряко отношение към остатъчното напрежение, налично в заваръчната връзка, преди заваряването дори да започне. Ако краищата на лентата не са поставени в точно подравняване - постоянна междина, постоянна височина на ръба, постоянна кривина, съответстваща на предвидения диаметър на тръбата - заваръчният шев трябва да поеме геометрично несъответствие в допълнение към нормалното свиване при втвърдяване. Това добавено остатъчно напрежение намалява наличната граница преди появата на напречна пукнатина. Прецизното формоване, понякога наричано "настройване на формата" на производствения етаж, намалява това остатъчно напрежение при източника, вместо да се опитва да го компенсира по-късно в параметрите на заваряване.

4. Контрол на заваръчния форм фактор

Theзаваръчен форм фактор- съотношението на повърхностната ширина на заваръчния шев към неговата дълбочина на проникване - има пряка и добре-документирана връзка с чувствителността към напукване. Тясна, дълбока заваръчна вана се втвърдява със зърна, които растат стръмно навътре от двете страни и се срещат почти челно-на централната линия, концентрирайки напрежението при свиване по тясна ивица. По-широката, по-плитка заваръчна вана позволява зърната да растат към центъра под по-плитък ъгъл, разпределяйки същото общо напрежение на свиване в по-широка област, вместо да го концентрира.

Като практическа цел форм-факторът на заваръчния шев обикновено се запазванад 1(ширината на перлата е по-голяма от дълбочината на проникване), специално за да се избегне тази концентрация на напрежение. Това се контролира главно чрез настройките на заваръчния ток, напрежение и скоростта на движение и трябва да се проверява като част от рутинната квалификация на процеса, а не да се приема само от настройките на номиналните параметри, тъй като износването на електрода, състоянието на потока и дори температурата на околната среда могат да изместят действителната геометрия на перлите, произведени в даден ден.

5. Контактен накрайник и контрол на замърсяването с мед

Тъй като замърсяването с мед е толкова непропорционално увреждащ фактор в сравнение с малките действително включени количества, то заслужава специален контрол на процеса, вместо да се третира като страничен ефект от общото качество на консумативите. Това включва планирана проверка и подмяна на контактните накрайници, преди износването на отвора да стане значително, наблюдение на подаването на тел за видимо лющене или влошаване на покритието и в някои случаи определяне на тел с по-лека или алтернативна повърхностна обработка, където поемането на мед е повтарящ се проблем. Тъй като този път на замърсяване е до голяма степен невидим в завършената заварка, докато действително не се появи пукнатина, това е една от областите, където дисциплината за превантивна поддръжка е по-важна от незабавното отстраняване на неизправности.

За купувач, който се снабдява с SSAW или друга заварена тръба, напречното напукване е до голяма степен невидимо в стандартен сертификат за мелница, освен ако вече не е прогресирало до откриваем дефект, уловен чрез не-разрушителен тест -, до който момент дадена дължина вече е била отхвърлена или ремонтирана, добавяйки риск от разходи и график към поръчката. По-надеждният подход е да се оцени дали контролът на процеса на доставчика прави напречното напукване малко вероятно. Следните точки си заслужава да бъдат потвърдени, преди да направите поръчка, особено за по-големи или по--проекти със спецификации:

• Попитайте как се следи форм-факторът на заваръчния шев, а не просто се задава.Доставчик, който може да опише как съотношението между ширина-към-дълбочина действително се измерва и проверява по време на производството - вместо просто да цитира лист с целеви параметри -, демонстрира реален контрол на процеса, а не спецификация на хартия.
• Попитайте за интервалите за смяна на контактния накрайник и практиките за работа с проводници.Доставчик с дефиниран график за превантивна-поддръжка за контактни накрайници и контролирано съхранение/обработка на заваръчна тел, за да се избегне повреда на покритието, се занимава проактивно с пътя на замърсяване с мед, вместо да реагира само на дефекти, след като възникнат.
• Потвърдете какви допуски за формоване/подравняване се поддържат преди заваряване, особено за спираловидно{0}}заварени тръби, тъй като подравняването на ръбовете на лентата преди заваръчния проход има пряко отношение към остатъчното напрежение в съединението.
• Поискайте действителното покритие за не{0}}разрушителен тест, приложено към заваръчния шев- тестване с пълна-дължина улавя проблеми, които режимът на инспекция на извадката може да пропусне и това има повече значение за дефектите от типа-пукнатина, отколкото за повечето други качествени характеристики, тъй като пукнатина, която не се открива, може да се разпространи при експлоатационен товар дълго след като тръбата е напуснала мелницата.
• Попитайте дали параметрите на заваряване са квалифицирани за производствен цикъл или предполагаеми статични.Тъй като геометрията на перлата и качеството на заваръчния шев могат да се променят с износването на електрода, състоянието на потока и други променливи с течение на времето, доставчик, който преквалифицира параметрите периодично - вместо да третира първоначалната квалификация на процедурата като постоянна -, предлага по-последователна устойчивост на пукнатини в цялата поръчка, а не само в първите няколко произведени дължини.
• Когато спецификацията на проекта го позволява, поискайте производствени данни или примери от предишни поръчки с подобен диаметър и дебелина на стената, тъй като податливостта на пукнатини се влияе от геометрията на тръбата, както и от параметрите на процеса, а опитът на доставчика при сравними размери е по-пряк показател от общите твърдения за системите за качество.

Напречното напукване в крайна сметка е контролируем дефект, а не присъщ риск на процеса на заваряване -, но контролирането му изисква внимание към детайли, които не се показват в стандартния лист със спецификации: геометрия на перлата, състояние на контактния връх и прецизност на формоване, като всичко това работи заедно със стабилен избор на консумативи. Купувачите, които питат за тези специфики на етапа на квалификация, вместо да разчитат единствено на химични и механични резултати от тестове, са в много по-силна позиция да избегнат графика и въздействието върху разходите на свързано с крек-отхвърляне по-късно в проекта.

Свържете се сега