王立柱

（巨龍直縫埋弧焊管有限公司，河北 青縣 062658）

鈍邊角度對直縫埋弧焊管的影響

王立柱

（巨龍直縫埋弧焊管有限公司，河北 青縣 062658）

分析了直縫埋弧焊管合縫時(shí)的坡口形態(tài)，總結(jié)出鈍邊角度不合適是導(dǎo)致鈍邊合縫不嚴(yán)的根本原因；并給出鈍邊角度的計(jì)算公式，同時(shí)闡述了“噘嘴”對鈍邊合縫的影響，并就如何防止鈍邊合縫不嚴(yán)給出建議。分析認(rèn)為：通過選擇合適的鈍邊角度、適當(dāng)調(diào)整“噘嘴”值和坡口尺寸，可改善預(yù)焊合縫不嚴(yán)的情況，使內(nèi)焊產(chǎn)生氣孔、燒穿的缺陷比例降低至5%以下。

直縫埋弧焊管；預(yù)焊；合縫不嚴(yán)；鈍邊角度；“噘嘴”；坡口尺寸

直縫埋弧焊管的制造方法是將單張鋼板按一定曲率半徑進(jìn)行彎曲成型［1］，再將兩側(cè)板邊對焊而成。為滿足焊縫自動(dòng)跟蹤并保證焊接質(zhì)量，焊接工藝采用X型帶鈍邊的坡口，坡口由銑邊機(jī)加工完成。銑邊機(jī)對原料鋼板的兩個(gè)縱向板邊同時(shí)進(jìn)行坡口銑削，確保銑削后鋼板寬度達(dá)到工藝預(yù)先設(shè)定寬度，兩個(gè)縱向板邊達(dá)到完全平直且互相平行，同時(shí)板邊的坡口尺寸和形狀符合工藝要求，為后續(xù)的成型和焊接等工序做準(zhǔn)備［2］。用鋼板生產(chǎn)直縫埋弧焊管時(shí)，為了在保證圓度的情況下鈍邊貼合良好，要對鈍邊加工出適當(dāng)?shù)慕嵌?。?dāng)鈍邊角度不合適時(shí)，會出現(xiàn)合縫不嚴(yán)，鈍邊處產(chǎn)生V型開口，導(dǎo)致預(yù)焊時(shí)產(chǎn)生燒穿，內(nèi)焊時(shí)產(chǎn)生燒穿、氣孔或焊偏等缺陷，影響直縫埋弧焊管的質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

1　生產(chǎn)中的問題

案例1：在生產(chǎn)Ф1 016 mm×21 mm直縫埋弧焊管時(shí)，鈍邊角度為2°，焊接質(zhì)量較好。但在使用相同焊接工藝生產(chǎn)Ф508mm×21 mm直縫埋弧焊管時(shí)，預(yù)焊時(shí)合縫不嚴(yán)，燒穿較多；將鈍邊角度改為4°后，預(yù)焊時(shí)不再產(chǎn)生燒穿。

案例2：在生產(chǎn)Ф711mm×8.8 mm直縫埋弧焊管時(shí)，鈍邊角度為4°，預(yù)焊時(shí)合縫不嚴(yán)，燒穿較多，內(nèi)焊過程中易產(chǎn)生焊偏和燒穿；將鈍邊角度改為2°，預(yù)焊時(shí)不再產(chǎn)生燒穿。

案例3：在生產(chǎn)Ф508 mm×11 mm直縫埋弧焊管時(shí)，鈍邊角度為2°，預(yù)焊時(shí)合縫不嚴(yán)，燒穿較多；將鈍邊角度改為4°，也沒有好轉(zhuǎn)，后將預(yù)彎“噘嘴”值調(diào)整至2～3mm，預(yù)焊時(shí)不再產(chǎn)生燒穿。

2　原因分析

直縫埋弧焊管開口與合縫如圖1所示，長度為L、厚度為T的鋼板，卷成直徑為D的直縫埋弧焊管后，由于內(nèi)圈周長要小于外圈，當(dāng)內(nèi)圈板邊頂點(diǎn)接觸后，外圈有一個(gè)V型開口。

圖1　直縫埋弧焊管開口與合縫示意

直縫埋弧焊管合縫時(shí)，當(dāng)開口外圓頂點(diǎn)A1、A2沿圓周方向移動(dòng)重合到A點(diǎn)時(shí)，內(nèi)圓頂點(diǎn)B將沿圓周移動(dòng)到B1、B2點(diǎn)，為保證兩側(cè)板邊在直縫埋弧焊管處于理想圓形狀態(tài)下貼合良好，需將板邊多余的部分切除，圖1中點(diǎn)B、B1、A1和點(diǎn)B、B2、A2所圍成的圖形即為應(yīng)切除的部分，∠BOB1所對應(yīng)的角度α即為鈍邊需要加工出的角度。

在不考慮成型后鋼板上下表面延展的差異時(shí)，α的計(jì)算公式為：360°?；喓蟮茫害?T/D×360°。

銑邊坡口如圖2所示，在直縫埋弧焊管的生產(chǎn)中，由于有內(nèi)外坡口的存在，合縫時(shí)相接觸的只有鈍邊部分；因此，只需在鈍邊上加工一定角度即可。

圖2　銑邊坡口示意

考慮到擴(kuò)徑率η對管徑的影響，生產(chǎn)直縫埋弧焊管時(shí)所需鈍邊角度α可用公式（1）計(jì)算：

α=H鈍/［D（1-η）-2H外］×360°（1）

用公式（1）計(jì)算出的生產(chǎn)不同直徑埋弧焊管時(shí)（前面幾個(gè)案例）鈍邊角度的理論值見表1。

表1　生產(chǎn)不同直縫埋弧焊管時(shí)鈍邊角度的理論值

由公式（1）可知，鈍邊角度大小與管徑、擴(kuò)徑率、鈍邊高度、外坡口深度有關(guān)；擴(kuò)徑率η一般為0.8%～1.5%［3］，對鈍邊角度的影響較小，而管徑和鈍邊高度對其影響較大。管徑是按管線標(biāo)準(zhǔn)要求確定的，可調(diào)量很小。鈍邊高度是根據(jù)直縫埋弧焊管壁厚及焊接參數(shù)的大小選擇，在焊接參數(shù)一定時(shí)，鈍邊高度過大，焊縫可能產(chǎn)生未焊透；鈍邊高度過小，焊縫可能產(chǎn)生燒穿［4-7］。因此，鈍邊高度的大小要結(jié)合其他焊接參數(shù)共同確定。

不同鈍邊角度合縫如圖3所示。圖3（a）中鈍邊角度合適，直縫埋弧焊管合縫后兩側(cè)鈍邊貼合在一起，間隙很??；圖3（b）中鈍邊角度偏小，直縫埋弧焊管合縫后鈍邊有一個(gè)向外的V型開口；圖3（c）中鈍邊角度偏大，直縫埋弧焊管合縫后鈍邊有一個(gè)向內(nèi)的V型開口。

圖3　不同鈍邊角度合縫示意

直縫埋弧焊管預(yù)焊時(shí)采用的是不用襯墊的懸空焊，為防止液態(tài)金屬從間隙中流失或引起燒穿，懸空焊要求焊件在裝配時(shí)不留間隙或間隙很小［8］。如果直縫埋弧焊管合縫后鈍邊不能貼合在一起，就相當(dāng)于有一個(gè)尺寸逐漸變化的坡口間隙，坡口間隙過大時(shí)易產(chǎn)生燒穿［9］。在案例1中，Ф1 016 mm× 21 mm直縫埋弧焊管用公式（1）計(jì)算出鈍邊角度為2.00°，使用2°鈍邊角度合適；Ф508 mm×21mm直縫埋弧焊管用公式（1）計(jì)算出鈍邊角度為4.07°，使用2°鈍邊角度偏小，更換為4°鈍邊角度合適。在案例2中，Ф711mm×8.8 mm直縫埋弧焊管用公式（1）計(jì)算出鈍邊角度為2.07°，使用4°鈍邊角度偏大，更換為2°鈍邊角度合適。在更換成適當(dāng)?shù)拟g邊角度后，案例1和案例2預(yù)焊燒穿問題都得到解決。在案例3中，Ф508mm×11mm直縫埋弧焊管用公式（1）計(jì)算出鈍邊角度為2.91°，由于目前鈍邊角度只有2°和4°兩種，使用2°鈍邊角度偏小，使用4°鈍邊角度偏大，使用這兩種鈍邊角度都存在預(yù)焊燒穿問題，通過調(diào)整直縫埋弧焊管“噘嘴”后燒穿問題得到解決。

“噘嘴”是直縫埋弧焊管成型工藝或制造操作造成直縫埋弧焊管實(shí)際輪廓相對于直縫埋弧焊管正常圓柱輪廓的幾何尺寸偏離［10-11］?！班僮臁睂︹g邊合縫的影響如圖4所示，實(shí)線部分是鈍邊未貼合時(shí)的理論圓，虛線部分是鈍邊貼合到一起后的直縫埋弧焊管輪廓，h是“噘嘴”值，圖4（a）是鈍邊角度偏大時(shí)“外噘嘴”對鈍邊的影響，圖4（b）是鈍邊角度偏小時(shí)“內(nèi)噘嘴”對鈍邊的影響。

圖4　“噘嘴”對鈍邊合縫的影響示意

由圖4（a）推算鈍邊角度變化量Δα與“外噘嘴”值之間的關(guān)系可用公式（2）表示：

Δα=h/［D（1-η）-2H外］×180°（2）

由圖4（b）推算鈍邊角度變化量與“內(nèi)噘嘴”值之間的關(guān)系可用公式（3）表示：

Δα=h/［D（1-η）-2H鈍-2H外］×180°（3）

由公式（2）～（3）可知：鈍邊角度變化與“噘嘴”值大小成正比，與管徑大小成反比。通過調(diào)整“噘嘴”可以改變鈍邊合縫情況，但是“噘嘴”太大，會破壞管線結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，造成應(yīng)力集中，降低了焊縫的承載能力［12］，擴(kuò)徑時(shí)可能會產(chǎn)生裂紋［13-14］。因此，通過改變“噘嘴”調(diào)整鈍邊角度也有一定的限制。

3　解決措施

鈍邊角度的大小對直縫埋弧焊管合縫質(zhì)量及焊接質(zhì)量有很大影響。鈍邊角度不合適，會導(dǎo)致焊接過程中產(chǎn)生燒穿、氣孔［15］、焊偏等缺陷；選擇適當(dāng)?shù)拟g邊角度，是減少焊接缺陷、保證焊接質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的基本條件。

在直縫埋弧焊管生產(chǎn)中可以通過以下措施對鈍邊合縫情況進(jìn)行改進(jìn)：

（1）在制定生產(chǎn)工藝時(shí)，根據(jù)計(jì)算出的理論值選擇合適鈍邊角度；

（2）沒有合適的鈍邊角度時(shí)，選擇與理論值最接近的鈍邊角度；

（3）更換鈍邊角度；

（4）適量調(diào)整直縫埋弧焊管“噘嘴”值；

（5）適當(dāng)調(diào)整坡口尺寸。

在生產(chǎn)中采取上述措施后，預(yù)焊合縫情況得到明顯改善，內(nèi)焊產(chǎn)生氣孔、燒穿，缺陷比例減少至5%以下。

4　結(jié)　語

直縫埋弧焊管鈍邊角度如果不合適，預(yù)焊時(shí)會產(chǎn)生合縫不嚴(yán)，影響預(yù)焊及后續(xù)的內(nèi)焊質(zhì)量。為減小鈍邊角度的影響，在制定直縫埋弧焊管生產(chǎn)工藝時(shí)，當(dāng)焊接坡口的尺寸確定后，通過公式（1）計(jì)算出所需鈍邊角度的理論值，然后選擇與之相近的鈍邊角度。當(dāng)實(shí)際選擇的鈍邊角度與理論值相差較大時(shí)，可通過調(diào)整坡口尺寸或“噘嘴”值來減小鈍邊角度的影響，并通過公式（2）～（3）推算出所需“噘嘴”值的大小，在“噘嘴”值不超過工藝允許的范圍內(nèi)保證鈍邊合縫質(zhì)量，從而保證直縫埋弧焊管的焊接質(zhì)量。

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●簡訊

安徽天大石油管材股份有限公司成功開發(fā)出高韌性結(jié)構(gòu)管［發(fā)布日期：2016-05-20］安徽天大石油管材股份有限公司開發(fā)的Φ219 mm×18.26mm S460NLH高韌性結(jié)構(gòu)管順利通過-50℃沖擊試驗(yàn)測試，標(biāo)志著該公司高韌性結(jié)構(gòu)管開發(fā)取得成功。至此，該公司已具備生產(chǎn)BSEN 10210-1∶2006《非合金及細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼熱成型結(jié)構(gòu)管（空心材）第1部分：交貨技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)中S420NH、S420NLH、S460NH、S460NLH系列高強(qiáng)度、高韌性、具有優(yōu)良焊接性能的低溫結(jié)構(gòu)鋼管的能力。

（摘自：安徽天大石油管材股份有限公司網(wǎng)站）

衡陽華菱鋼管有限公司首次批量生產(chǎn)汽車車軸用Φ150 mm×150 mm×14 mm熱軋方管［發(fā)布日期：2016-04-28］2016年4月27日，衡陽華菱鋼管有限公司Φ340 mm限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組成功實(shí)現(xiàn)汽車車軸用Φ150 mm×150 mm×14mm熱軋方管的批量生產(chǎn)，其材質(zhì)為Q345、20Mn2。（衡陽華菱鋼管有限公司許瑩）

本鋼集團(tuán)北營鑄管公司成功批量生產(chǎn)DN2600大直徑球墨鑄鐵管［發(fā)布日期：2016-03-04］日前，本鋼集團(tuán)北營鑄管公司生產(chǎn)的首批20支DN2600大直徑球墨鑄鐵管成功下線。此次批量生產(chǎn)的鑄管公稱直徑為2 600mm，單支長度6m、質(zhì)量達(dá)11.209 t。產(chǎn)品將主要用于市政、工礦企業(yè)給水、輸氣、輸油等領(lǐng)域。

（摘自：本溪日報(bào)）

天津鋼管集團(tuán)股份有限公司成功研發(fā)第二代直連型特殊螺紋并完成首次供貨［發(fā)布日期：2016-04-14］天津鋼管集團(tuán)股份有限公司第二代直連型特殊螺紋TP-FJ/II研發(fā)成功，并順利通過相關(guān)特殊螺紋評價(jià)試驗(yàn)。目前，該公司已順利完成烏茲別克斯坦某公司訂單的首批供貨。（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司周曉鋒）

新興鑄管股份有限公司球墨鑄鐵管產(chǎn)品成功進(jìn)入泰國市場［發(fā)布日期：2016-05-18］新興鑄管股份有限公司成功取得泰國省會水務(wù)局12.5 km DN700球墨鑄鐵管合同，產(chǎn)品規(guī)格為Φ738 mm×10.8 mm，以代替原來設(shè)計(jì)好的HDPE高密度聚乙烯管方案。在泰國供水歷史上使用球墨鑄鐵管尚屬首次。

（摘自：新興鑄管股份有限公司網(wǎng)站）

衡陽華菱鋼管有限公司L80-13Cr HSM-3特殊螺紋油管在中東成功下井［發(fā)布日期：2016-05-14］ 2016年5月，衡陽華菱鋼管有限公司供中東某市場的Φ114.3mm×6.45mm和Φ88.9mm×6.45mm規(guī)格L80-13Cr HSM-3特殊螺紋油管首次下井使用，并一次性試壓合格。（衡陽華菱鋼管有限公司許瑩）

寶鋼通過DNV GL（挪威船級社&德國勞氏船級社）海底管線管制造及涂層工藝認(rèn)證［發(fā)布日期：2016-05-16］日前，DNV GL（挪威船級社&德國勞氏船級社）正式向?qū)氫撌谟韬５坠芫€管制造及涂層工藝認(rèn)證。通過該認(rèn)證，標(biāo)志著寶鋼取得了開拓國際高端海管市場的“通行證”，具備了參與國際大型海洋管線工程項(xiàng)目投標(biāo)的資質(zhì)，進(jìn)一步提升了寶鋼大直徑直縫埋弧焊管的國際競爭力。

（摘自：寶鋼集團(tuán)網(wǎng)站）

Effec t by Root Face Ang le on Weld ing Quality of SAWL Pipe

WANG Lizhu
（Julong SAWLPipe Co.，Ltd.，Qingxian 062658，China）

The bevel shape of the SAWL pipe during joint-welding is analyzed.It is summarized that the improper root face angle is the root cause for the joint gap.Accordingly，the calculation formula for the root face angle is provided，while how the defective peaking influences the joint gap is discussed.Relevant suggestion is put forward for preventing occurrence of the joint gap.The analysis leads to such a conclusion that the joint gap as developed during pre-welding process is expected to be improved，and thus get the percentage of defects like porosity and burnthough，etc.as occurred during internal welding operation reduced to 5%or less by means of properly selecting root face angle，and appropriately adjusting the peaking value and the bevel dimensions aswell.

SAWL pipe；pre-welding；jointgap；root face angle；peaking；bevel dimensions

TG441!!

B!

1001-2311（2016）03-0058-04

王立柱（1973-），男，工程師，主要從事直縫埋弧焊管焊接工藝研究工作。

（2015-12-10；修定日期：2016-01-02）