母材锈蚀导致焊缝边缘缺陷的分析
摘要:通过对某规格直缝埋弧焊管焊缝边缘存在的裂纹状缺陷的金相检验和分析, 结合实际生产情况, 最终确认该缺陷是由于母材表面的严重锈蚀以及焊接过程中熔敷金属偏流所导致。为防止焊缝边缘产生类似缺陷, 调整优化了生产线板边除锈装置, 并根据焊缝形貌调整了焊接工艺, 取得了很好的效果。
0 前言
在某规格直缝埋弧焊管生产中, 金相检验发现焊缝边缘存在沿焊缝纵向分布的微小缺陷。通过对缺陷产生的原因和机理进行分析, 结果表明:该缺陷为焊缝边缘残留的氧化皮在焊接过程中被偏流的熔敷金属覆盖所导致, 产生的根本原因在于钢板的严重锈蚀。 根据分析结论, 对生产线板边除锈装置进行了调整优化, 并根据焊缝形貌对焊接工艺进行了修正。调整后, 该规格直缝埋弧焊管生产状况良好, 缺陷得到了良好控制。 1 缺陷描述
为准确了解缺陷的形貌和分布情况, 在缺陷处取样进行焊缝宏观形貌分析。焊缝横截面上确定的缺陷形貌及其细节放大照片如图1和图2所示。
由图可看出, 缺陷位于内焊缝焊趾处, 整体沿焊缝纵向长约1.5mm 。横断面剖开后可以看到, 该缺陷已经在焊趾处形成了微小的宏观分离, 分布方向与母材表面水平方向近似平行。
2 金相检验
试样经磨制和抛光处理后, 对缺陷处进行金相检验。分别在200倍和500倍光学显微镜下观察缺陷处组织, 其微观组织如图3所示。
从图3看出, 热影响区组织正常, 无异常长大, 根据开裂处的走向判断, 该缺陷与热影响区脆化无关; 开裂位置晶粒无受力变形现象, 两侧组织无对应性, 因此判断不属于焊接热裂纹及扩径时受应力引发的基体撕裂。
进一步放大缺陷后发现, 该缺陷边缘局部有未完全脱落的杂质存在, 颜色与焊缝及热影响区组织不同, 在光学显微镜下观察呈深灰色, 初步判断为原料附着的杂质(见图4)
。
经过对焊趾处组织的仔细观察和分辨, 认定该缺陷产生自母材表面, 接近水平方向, 且向焊缝内延伸, 因此, 观测到的杂质不是钢板内部的夹杂物, 而是钢板表面因锈蚀产生的氧化皮。为验证推断, 对同期发现的另一相似缺陷取样(试样2), 进行金相分析, 试样2缺
陷处观测结果及细节如图5~图7
所示。
试样2的金相分析结果与前一个试样相同, 在缺陷边缘都发现残留的氧化皮杂质, 因此可以断定此类缺陷不是焊接裂纹, 其形成的根本原因是焊缝边缘氧化皮夹杂, 杂质脱落后形成宏观上的分离。从所取的两块试样金相组织来看, 氧化皮夹杂物一般不带尖角, 基本不会导致裂纹萌生。
3 缺陷形成机理
根据金相检验结果及分析结论, 笔者重新对两块带有缺陷的试样表面进行了仔细观察, 发现缺陷试样的焊缝余高较高, 焊缝边缘存在熔敷金属导致的偏流和熔合不良。
缺陷试样外焊缝宏观形貌如图8所示。在对整个试样表面进行检测时发现, 母材内外表面均有与缺陷处相同的深灰色杂质, 即母材表面有因锈蚀所致的氧化皮存在。
在对母材表面的观察中发现, 除以上较小的点状锈蚀物外, 笔者还发现了紧临母材表面的片状锈蚀物, 在制样过程中仍未脱落, 说明这类锈蚀与母材之间有一定的附着力, 较难清除, 其危害性也更大。同时表面锈蚀不但存在于钢板表面, 而且已经进入钢板内部, 将试样表面打磨后, 肉眼可见锈蚀部分的麻坑, 如图9~图11所示。
综合以上检测结果, 确认此类缺陷的产生机理如下:母材表面存在锈蚀, 部分已经在母材表面形成凹坑, 而焊缝熔敷金属较多, 且流动过程中覆盖在局部锈蚀表面, 此时焊缝边缘和母材之间隔着一层氧化皮, 在金相检验的制样过程中, 受力或摩擦使氧化皮脱落, 形成上述类似裂纹的宏观分离现象。这种现象的产生与焊缝成形较差、焊缝边缘与母材过渡不平滑有很大关系。
根据缺陷产生机理分析, 笔者对该规格生产使用的原料进行了仔细检查。该批钢板已经露天存储了较长时间, 除了整板产生锈蚀外, 钢板板边位置的锈蚀尤为严重, 钢板实物照片如图12和图13所示。板边处的锈蚀在钢管成型、预焊后处于坡口边缘, 焊后形成了边缘缺陷。
钢板的锈蚀一直是影响焊接质量的重要因素, 必须在焊前进行彻底清除, 以创造良好的焊接条件以保证焊缝质量和性能。确定缺陷产生机理后, 在后续生产中着重加强了板边锈蚀的清除, 确保了焊接前坡口及坡口边缘清洁。通过对外焊缝余高的测量, 发现焊缝特别是管端焊缝余高偏大, 通过对工艺进行调整降低了焊缝余高, 显著减少了焊缝边缘熔敷金属的偏流现象。
后续的各项检验结果表明, 此类焊缝边缘缺陷得到了良好的控制。
4 结论
(1)本研究所述的焊缝边缘缺陷产生的根本原因在于钢板表面特别是钢板边缘的表面锈蚀。焊接时熔敷金属过多出现偏流, 锈蚀物(表面氧化皮) 在焊缝边缘压在焊缝金属下面形成夹杂物, 在制样过程中脱落后形成表面开裂。
(2)通过对板边锈蚀的清理和焊接工艺的调整, 有效控制了此类缺陷的产生。在钢板锈蚀严重的情况下必须严格做好板边的清理工作, 同时对焊缝形貌加以控制, 保证良好的焊缝成形。
(3)钢板的储运条件对钢管的焊接质量有着重要影响, 露天存放钢板出现严重锈蚀不可避免, 将对产品质量造成重大影响。在生产中必须考虑到原料采购、储运与生产组织的协调。
母材锈蚀导致焊缝边缘缺陷的分析
摘要:通过对某规格直缝埋弧焊管焊缝边缘存在的裂纹状缺陷的金相检验和分析, 结合实际生产情况, 最终确认该缺陷是由于母材表面的严重锈蚀以及焊接过程中熔敷金属偏流所导致。为防止焊缝边缘产生类似缺陷, 调整优化了生产线板边除锈装置, 并根据焊缝形貌调整了焊接工艺, 取得了很好的效果。
0 前言
在某规格直缝埋弧焊管生产中, 金相检验发现焊缝边缘存在沿焊缝纵向分布的微小缺陷。通过对缺陷产生的原因和机理进行分析, 结果表明:该缺陷为焊缝边缘残留的氧化皮在焊接过程中被偏流的熔敷金属覆盖所导致, 产生的根本原因在于钢板的严重锈蚀。 根据分析结论, 对生产线板边除锈装置进行了调整优化, 并根据焊缝形貌对焊接工艺进行了修正。调整后, 该规格直缝埋弧焊管生产状况良好, 缺陷得到了良好控制。 1 缺陷描述
为准确了解缺陷的形貌和分布情况, 在缺陷处取样进行焊缝宏观形貌分析。焊缝横截面上确定的缺陷形貌及其细节放大照片如图1和图2所示。
由图可看出, 缺陷位于内焊缝焊趾处, 整体沿焊缝纵向长约1.5mm 。横断面剖开后可以看到, 该缺陷已经在焊趾处形成了微小的宏观分离, 分布方向与母材表面水平方向近似平行。
2 金相检验
试样经磨制和抛光处理后, 对缺陷处进行金相检验。分别在200倍和500倍光学显微镜下观察缺陷处组织, 其微观组织如图3所示。
从图3看出, 热影响区组织正常, 无异常长大, 根据开裂处的走向判断, 该缺陷与热影响区脆化无关; 开裂位置晶粒无受力变形现象, 两侧组织无对应性, 因此判断不属于焊接热裂纹及扩径时受应力引发的基体撕裂。
进一步放大缺陷后发现, 该缺陷边缘局部有未完全脱落的杂质存在, 颜色与焊缝及热影响区组织不同, 在光学显微镜下观察呈深灰色, 初步判断为原料附着的杂质(见图4)
。
经过对焊趾处组织的仔细观察和分辨, 认定该缺陷产生自母材表面, 接近水平方向, 且向焊缝内延伸, 因此, 观测到的杂质不是钢板内部的夹杂物, 而是钢板表面因锈蚀产生的氧化皮。为验证推断, 对同期发现的另一相似缺陷取样(试样2), 进行金相分析, 试样2缺
陷处观测结果及细节如图5~图7
所示。
试样2的金相分析结果与前一个试样相同, 在缺陷边缘都发现残留的氧化皮杂质, 因此可以断定此类缺陷不是焊接裂纹, 其形成的根本原因是焊缝边缘氧化皮夹杂, 杂质脱落后形成宏观上的分离。从所取的两块试样金相组织来看, 氧化皮夹杂物一般不带尖角, 基本不会导致裂纹萌生。
3 缺陷形成机理
根据金相检验结果及分析结论, 笔者重新对两块带有缺陷的试样表面进行了仔细观察, 发现缺陷试样的焊缝余高较高, 焊缝边缘存在熔敷金属导致的偏流和熔合不良。
缺陷试样外焊缝宏观形貌如图8所示。在对整个试样表面进行检测时发现, 母材内外表面均有与缺陷处相同的深灰色杂质, 即母材表面有因锈蚀所致的氧化皮存在。
在对母材表面的观察中发现, 除以上较小的点状锈蚀物外, 笔者还发现了紧临母材表面的片状锈蚀物, 在制样过程中仍未脱落, 说明这类锈蚀与母材之间有一定的附着力, 较难清除, 其危害性也更大。同时表面锈蚀不但存在于钢板表面, 而且已经进入钢板内部, 将试样表面打磨后, 肉眼可见锈蚀部分的麻坑, 如图9~图11所示。
综合以上检测结果, 确认此类缺陷的产生机理如下:母材表面存在锈蚀, 部分已经在母材表面形成凹坑, 而焊缝熔敷金属较多, 且流动过程中覆盖在局部锈蚀表面, 此时焊缝边缘和母材之间隔着一层氧化皮, 在金相检验的制样过程中, 受力或摩擦使氧化皮脱落, 形成上述类似裂纹的宏观分离现象。这种现象的产生与焊缝成形较差、焊缝边缘与母材过渡不平滑有很大关系。
根据缺陷产生机理分析, 笔者对该规格生产使用的原料进行了仔细检查。该批钢板已经露天存储了较长时间, 除了整板产生锈蚀外, 钢板板边位置的锈蚀尤为严重, 钢板实物照片如图12和图13所示。板边处的锈蚀在钢管成型、预焊后处于坡口边缘, 焊后形成了边缘缺陷。
钢板的锈蚀一直是影响焊接质量的重要因素, 必须在焊前进行彻底清除, 以创造良好的焊接条件以保证焊缝质量和性能。确定缺陷产生机理后, 在后续生产中着重加强了板边锈蚀的清除, 确保了焊接前坡口及坡口边缘清洁。通过对外焊缝余高的测量, 发现焊缝特别是管端焊缝余高偏大, 通过对工艺进行调整降低了焊缝余高, 显著减少了焊缝边缘熔敷金属的偏流现象。
后续的各项检验结果表明, 此类焊缝边缘缺陷得到了良好的控制。
4 结论
(1)本研究所述的焊缝边缘缺陷产生的根本原因在于钢板表面特别是钢板边缘的表面锈蚀。焊接时熔敷金属过多出现偏流, 锈蚀物(表面氧化皮) 在焊缝边缘压在焊缝金属下面形成夹杂物, 在制样过程中脱落后形成表面开裂。
(2)通过对板边锈蚀的清理和焊接工艺的调整, 有效控制了此类缺陷的产生。在钢板锈蚀严重的情况下必须严格做好板边的清理工作, 同时对焊缝形貌加以控制, 保证良好的焊缝成形。
(3)钢板的储运条件对钢管的焊接质量有着重要影响, 露天存放钢板出现严重锈蚀不可避免, 将对产品质量造成重大影响。在生产中必须考虑到原料采购、储运与生产组织的协调。