Prečne razpoke v varjenih jeklenih cevi: glavni vzroki in preprečevanje

Razpoke ostajajo ena najresnejših napak pri proizvodnji varjenih cevi in ​​je tudi ena najmanj prizanesljivih - v nasprotju z dimenzijskim odstopanjem ali površinskimi madeži je razpoka v zvarnem šivu strukturna napaka, ki se lahko širi pod delovno obremenitvijo in povzroči popolno okvaro. Razpoke v varjenih ceveh so na splošno razvrščene glede na njihovo usmerjenost glede na linijo vara v dve kategoriji:vzdolžne razpoke, ki potekajo vzporedno z zvarnim šivom, inprečne razpoke, ki potekajo čeznjo. Ta članek se posebej osredotoča na prečne razpoke -, zakaj nastanejo in kaj mora proizvajalec nadzorovati, da jih prepreči, s posebnim poudarkom na spirali (SSAW) varjene cevi, kjer geometrija vijačnega šiva dodaja lastne premisleke splošni vpleteni metalurgiji varjenja.

Prečne razpoke v varjeni cevi najpogosteje nastanejo med strjevanjem in kristalizacijo same zvarne kovine, ne po njej. Ko se staljena zvarna masa ohlaja, se postopno strjuje od zunanjih robov bazena navznoter proti središčnici, pri čemer zrna rastejo v smeri toplotnega toka. To strjevanje spremlja volumetrično krčenje - kovina preprosto zavzame manj prostora, ko prehaja iz tekočega v trdno, in se še naprej krči, ko se ohlaja proti sobni temperaturi.

To krčenje ustvarjanatezna napetostvzdolž zvara, in ker se okoliška osnovna kovina in že-strjena kovina zvara upirata krčenju, se razvijajoča napetost najbolj koncentrira na središčnici zvara, kjer se zadnja tekoča kovina strdi in kjer se meje zrn z obeh strani bazena srečajo skoraj čelno-. Če to središčno območje ne more prenesti natezne napetosti -, ker je zrnata struktura neugodna, ker so škodljivi elementi v sledovih oslabili meje zrn ali ker je sama napetost višja, kot bi morala biti zaradi slabega nadzora procesa -, se razpoka odpre pravokotno na smer zvara. Ta pravokotna usmerjenost je ravno tisto, zaradi česar je razpoka prečna in ne vzdolžna.

Spodnji diagram prikazuje ta mehanizem: sprednja stran strjevanja, ki vleče varilni gorilnik, napetost zaradi krčenja, ki vleče čez linijo zvara, ko se bazen ohlaja, in posledično odprtje razpoke na središčnici, kjer se ta napetost koncentrira.

Napetost zaradi strjevanja pri krčenju je osnovni pogoj vsakega zvara - ni je mogoče v celoti odpraviti, le obvladovati. Toda drugi dejavnik veliko lažje spremeni običajno napetost pri krčenju v dejansko razpoko: prisotnost nečistoč z-nizkim tališčem-v zvaru in pri proizvodnji spiralno-varjenih cevi,baker je najpogostejši povzročitelj.

Baker vstopi v varilni bazen iz nepričakovanega vira: tanka bakrena prevleka, nanesena na varilno žico za preprečevanje površinske rje med skladiščenjem ter za izboljšanje električnega stika in dovajanja skozi varilno opremo. Ko se žica pri visoki hitrosti podaja skozi kontaktno konico, trenje postopoma obrabi izvrtino konice in fini bakreni delci - tako iz prevleke žice kot, v obrabljenih konicah, iz same bakrene kontaktne konice - se luščijo in prenesejo v tok in oblok ter na koncu dosežejo staljeno zvarno bazo.

Baker se tali pri veliko nižji temperaturi kot jeklo. Ko se zvarni bazen strdi, se kakršen koli prisoten baker ne strdi z jekleno matriko v razsutem stanju - dlje ostane tekoč in se loči do meja zrn, kjer jih zmoči in oslabi. To je oblikakrhkost tekoče{0}}kovine: meja zrn, ki je že pod natezno obremenitvijo zaradi običajnega krčenja pri strjevanju, ima zdaj veliko manj odpornosti na to obremenitev, ker je baker ogrozil njeno kohezijo. Posledica tega je, da se na z bakrom-kontaminiranih mejah pojavijo prečne razpoke pri stopnjah napetosti, ki bi jih nekontaminiran zvar prenesel brez težav.

Preprečevanje prečnega razpokanja ni stvar enega samega popravka -, ampak zahteva nadzor tako osnovne napetosti pri krčenju kot metalurške kontaminacije, zaradi katere je zvar občutljiv nanjo. V praksi se to zmanjša na pet področij nadzora procesa.

1. Izbira potrošnega materiala za varjenje

Izhodišče je izbira varilne žice in talila s kemijo, ki ustreza osnovnemu materialu in brez prekomernih škodljivih elementov v sledovih. Previdna izbira potrošnega materiala zmanjša osnovno raven nečistoč, ki vstopajo v zvarni bazen, kar zmanjša verjetnost prečnih razpok, ne glede na to, kaj se še dogaja v procesu. To je odločitev, sprejeta še preden se varjenje sploh začne, in določa zgornjo mejo glede tega, kako čista je lahko zvar - nobena količina nadaljnjega nadzora postopka ne more v celoti nadomestiti slabe izbire potrošnega materiala.

2. Poševna zasnova in nadzor penetracije

Geometrija utora ali poševnine na zvarnem spoju neposredno vpliva na to, koliko kovine zvara je nanešenega in kako se razvije vzorec strjevanja. Splošno načelo tukaj je zmanjšati notranji rob zvara, kjer je to mogoče, ne da bi pri tem žrtvovali globino preboja, ki jo spoj dejansko potrebuje. Manjša notranja poševnina v kombinaciji z ustreznim prebojem ima za posledico manjši volumen zvarnega bazena in krajšo pot strjevanja, kar oboje zmanjša obseg napetosti pri krčenju, ki se razvije, ko se zvar ohladi. Doseganje tega pravega ravnotežja zahteva tesno usklajevanje med zasnovo poševnega roba in varilnimi parametri (tok, napetost, hitrost vožnje), ki se dejansko uporabljajo na liniji, saj zasnove poševnega roba ni mogoče ovrednotiti ločeno od postopka, s katerim je seznanjen.

3. Natančno oblikovanje in poravnava valja

Zlasti pri spiralno{0}}varjenih ceveh je natančnost postopka valjanja-, ki oblikuje ploščati trak v spiralno telo cevi, neposredno odvisna od preostale napetosti, ki je prisotna na zvarnem spoju, še preden se varjenje sploh začne. Če robovi traku niso natančno poravnani - dosledna vrzel, dosledna višina roba, dosledna ukrivljenost, ki se ujema s predvidenim premerom cevi -, se mora zvar poleg normalnega krčenja pri strjevanju prilagoditi tudi geometrijskemu neskladju. Ta dodana preostala napetost zmanjša razpoložljivo mejo, preden se začne prečna razpoka. Natančno oblikovanje, včasih imenovano "uravnavanje oblike" v proizvodnem prostoru, zmanjša to preostalo napetost pri izvoru, namesto da bi jo poskušalo kompenzirati pozneje v varilnih parametrih.

4. Nadzor faktorja oblike zvara

Thefaktor oblike zvara- razmerje med širino površine zvara in njegovo globino preboja - je neposredno in dobro-dokumentirano razmerje z dovzetnostjo za razpoke. Ozek, globok zvarni bazen se strdi z zrni, ki strmo rastejo navznoter z obeh strani in se srečujejo skoraj čelno na središčnici, pri čemer se napetost pri krčenju koncentrira vzdolž ozkega pasu. Širši, plitvejši zvarni bazen omogoča, da zrna rastejo proti sredini pod plitvejšim kotom, s čimer porazdelijo enako skupno napetost pri krčenju po širšem območju, namesto da bi jo koncentrirali.

Kot praktični cilj se na splošno ohrani faktor oblike zvaranad 1(širina kroglice je večja od globine penetracije), da bi se izognili tej koncentraciji napetosti. To je nadzorovano predvsem z nastavitvami varilnega toka, napetosti in hitrosti potovanja, zato bi ga bilo treba preveriti kot del rutinske kvalifikacije procesa, ne pa predvidevati zgolj iz nastavitev nominalnih parametrov, saj lahko obraba elektrode, stanje fluksa in celo temperatura okolice premaknejo dejansko geometrijo kroglice, izdelane na določen dan.

5. Kontaktna konica in nadzor kontaminacije z bakrom

Ker je onesnaženje z bakrom tako nesorazmerno škodljiv dejavnik v primerjavi z majhnimi količinami, ki so dejansko vključene, si zasluži namensko kontrolo postopka, namesto da bi ga obravnavali kot stranski učinek splošne kakovosti potrošnega materiala. To vključuje načrtovan pregled in zamenjavo kontaktnih konic, preden postane obraba izvrtine znatna, spremljanje podajanja žice glede vidnega luščenja ali degradacije prevleke in v nekaterih primerih določitev žice z lažjo ali alternativno površinsko obdelavo, kjer je bilo pobiranje bakra ponavljajoča se težava. Ker je ta pot kontaminacije večinoma nevidna v končnem zvaru, dokler se razpoka dejansko ne pojavi, je to eno od področij, kjer je disciplina preventivnega vzdrževanja pomembnejša od reaktivnega odpravljanja težav.

Za kupca, ki nabavlja SSAW ali drugo varjeno cev, so prečne razpoke večinoma nevidne v standardnem certifikatu obrata, razen če so že napredovale do zaznavne napake, ugotovljene z ne-destruktivnim testiranjem -, do katere točke je bila dolžina že zavrnjena ali popravljena, kar naročilu dodaja tveganje glede stroškov in urnika. Zanesljivejši pristop je oceniti, ali je zaradi dobaviteljevih kontrol procesa nastanek prečnih razpok sploh malo verjeten. Naslednje točke je vredno potrditi pred oddajo naročila, zlasti za večje ali višje{4}}projekte s specifikacijami:

• Vprašajte, kako se faktor oblike zvara spremlja, ne le nastavlja.Dobavitelj, ki lahko opiše, kako je razmerje med širino-in-globino krogle dejansko izmerjeno in preverjeno med proizvodnjo -, namesto da preprosto navede seznam ciljnih parametrov -, demonstrira dejansko kontrolo procesa in ne specifikacije na papirju.
• Povprašajte o intervalih zamenjave kontaktnih konic in praksah ravnanja z žicami.Dobavitelj z opredeljenim razporedom preventivnega-vzdrževanja za kontaktne konice in nadzorovanim shranjevanjem/ravnanjem z varilno žico, da se prepreči poškodba prevleke, proaktivno obravnava pot kontaminacije z bakrom, namesto da bi se odzval šele na napake, ko se pojavijo.
• Pred varjenjem preverite, kakšna so toleranca oblikovanja/poravnave, zlasti za spiralno{0}}varjene cevi, saj poravnava robov traku pred varjenjem neposredno vpliva na preostalo napetost na spoju.
• Zahtevajte dejansko pokritost ne{0}}neporušnega testiranja na zvarnem šivu- Preizkušanje celotne-dolžine ujame težave, ki jih režim vzorčenega inšpekcijskega pregleda lahko zamudi, in to je bolj pomembno za napake vrste-razpoke kot za večino drugih značilnosti kakovosti, saj se lahko razpoka, ki se ji izogne ​​zaznavanju, širi pod delovno obremenitvijo še dolgo po tem, ko cev zapusti mlin.
• Vprašajte, ali so varilni parametri kvalificirani glede na proizvodno serijo ali domnevno statični.Ker se lahko geometrija zvarov in kakovost zvara spreminjata z obrabo elektrod, stanjem fluksa in drugimi spremenljivkami skozi čas, dobavitelj, ki občasno ponovno kvalificira parametre - namesto da bi začetno kvalifikacijo postopka obravnaval kot trajno -, nudi doslednejšo odpornost proti razpokam v celotnem naročilu, ne le v prvih nekaj proizvedenih dolžinah.
• Če specifikacija projekta to dovoljuje, zahtevajte proizvodne podatke ali primere iz prejšnjih naročil podobnega premera in debeline stene, saj na dovzetnost za razpoke vplivata geometrija cevi in ​​procesni parametri, dobaviteljeva zgodovina primerljivih velikosti pa je bolj neposreden pokazatelj kot splošne trditve o sistemih kakovosti.

Prečne razpoke so navsezadnje nadzorovana napaka, ni neločljivo tveganje varilnega postopka -, vendar je za njihovo nadzorovanje potrebna pozornost do podrobnosti, ki niso prikazane na standardnem specifikacijskem listu: geometrija kroglice, stanje kontaktne konice in natančnost oblikovanja, vse skupaj z dobro izbiro potrošnega materiala. Kupci, ki sprašujejo o teh podrobnostih na stopnji kvalifikacije, namesto da se zanašajo zgolj na rezultate kemijskih in mehanskih preskusov, so v veliko močnejšem položaju, da se pozneje v projektu izognejo časovnemu razporedu in vplivu stroškov zavrnitve,-povezane z razpoko.

Kontaktirajte zdaj