高频制管金相检验的评价标准与控制

高频制管金相检验的评价标准与控制

摘要 目前，金相检验已被列入一些焊管标准或订货要求之内。本文根据生产经验及一些研究成果，提出了生产过程中金相检验的评价标准以及偏离该标准的各程调整、控制方法，对主要检查项目总结出直观实用的方形图，以便及时地在生产中控制有关参数，确保焊缝质量。 1 前言

图1是高频电阻焊管（简称ERW）工艺及金相检验示意图。高频电流通过焊角或感应器导入带钢的两个合拢的V形板边。由于高频电流的集肤效应和邻近效应，电流集中于相近边缘处，使其加热至焊接温度，由两侧或两侧加上部的挤压辊加压，形成筒形管坯。焊后取样做金相检验是最直接的控制焊缝内在质量的有效方法，检验的结果在于指导生产调整。

图2示出这种金相检验的低倍图形，所控制的主要参数列举如下：

?n, ?0, ?i :熔合线在几何中心线、管外、内壁处测量的宽度； ?n, ?0, ?i ：热影响区（HAZ）在上述相应的位置上的宽度； s:熔合线偏斜或弯曲宽度；

α1, α2, α3, α4：在距离内、外壁t/4(t壁厚)处金属流线切线与水平线的夹角； d:金属流线偏离t/2的距离。

2 熔合线及热影响区的评价标准及控制方法 用高速摄像机观察图1所示焊接过程，发现对于不同输入热量的三种焊接现象，并证明第二种焊接现象可以实现稳定的缺陷出现率最少的焊接过程，形成高质量的焊缝。焊后焊缝金相检验中观察到热影响区和熔合线宽度直接反映了输入热量的大小及相应的挤压量，故能判定工艺参数调整是否适当。实践证明，用热影响区宽度不如用熔合线宽度判断准确。熔合区由于高温作用其含碳量降为母材的30%左右，在金相检验中可以观察到挤压后形成白色亮线，称熔合线或脱碳层。

（1）熔合线中心宽度?n的正常范围和调整

ERW 制管中焊接温度宏观上比较恒定，但由于各种因素变动及V-W段的焊接机理决定了熔合线在一定范围内波动是正常的，焊接质量良好。根据实物解剖及大量不同规格金相检验记录的统计证明；

?n>0.17及?n<0.01mm是非常罕见的。在这种情况下，多判为不合格或降级品。

建议把?n=0.02-0.14作为合格的标准范围，而把?n=0.01-0.02,?n=0.14-0.17作为警告范围。在这种情况下，可按实际情况予以调整。 调整控制方法是：

熔合线偏窄时，如挤压力恒定，只需增加高频机输出功率或降低焊速，实质上是搞高焊接温度，这时如果原流线角偏大，应增加挤压力；当增加焊角于挤压辊中心距离l0或加大V形角 时，又能使焊接温度保持不变，也会使?n有所增加。

熔合线偏宽时，如挤压力恒定，只需减少高频机输出功率或增加焊速，实质上是降低焊接温度，这时如果原流线角偏小，应减小挤压力；同样，若l0或 角减小，又能使焊接温度保持不变，也会使?n有所降低。

（2）熔合线内、外壁宽度?i、?0的正常范围及控制 标准范围：?0≈?i=(1.3-3)?n

警告范围：?0≈?i=(3-4)?n 不合格: ?0≈?i ≥4?n

控制方法：不合格（常由于加热不均匀、挤压力不均所致）控制方法可见3、（3）节。 （3）熔合线偏斜或扭曲

熔合线偏斜或扭曲，规定为s≤t/10,否则，应仔细检查挤压力分配及钢带剪切情况以及焊缝是否有偏离中心线（倒钢）等情况。 （4）热影响区宽度

热影响区宽度一般只作为参考指标，因为它除了与烛接温度及挤压力有关外，还与带钢厚度边缘状态、焊接的周期性有关。 常见 hn=1-3mm h0≈hi ≈(1.5-2.2)hn

通常应尽量减小热影响区宽度及ho、h1与hn的差异，采用串级加热及带钢上下刨边的X形对口能使腰鼓形大大减少。hn过小、过大的调整与控制方法与2、（1）节类同。 3 金属流线的评价标准及控制方法

在焊接挤压辊力作用下，焊缝金属向内、外流动。在显微镜下低倍放大，特别是经投影仪显示可清楚地观察到金属流线状态。

金属流线角α1, α2, α3, α4可通称为α，在一定温度下， 与挤压量成正比关系。挤压量定义为挤压辊前V形角处测得的周围长与挤压辊后管坯之圆周长之差，通常为1-5mm。挤压量过大、过小都会明显地影响焊缝强度与韧性。挤压力不足及α过小，使熔化区夹杂物不易排除，会形成劣质焊缝。我们通过测定金属流线角直接判定挤压力及相关焊接温度和其它焊接条件是否适当。

（1）金属流线角的正常范围和调整

金属流线角的理论范围为0-90度。根据实物解剖及大量不同规格生产中金相检验结果表明：

a>85度及a<45度是非常罕见的。在这种情况下，多判为不合格或降级品。而对a<45度或40度对焊缝质量更为不利。

建立把a=80-50度作为合格的标准范围；而把a=85-80及50-45度作为警告范围。在这种情况下，可按实际情况予以调整。 调整控制方法是：

α偏大时，若温度不变，应减小挤压力；若挤压力不变，可增加输入热量或降低焊速。 α偏小时，若温度不变，应增大挤压力；若挤压力不变，可减少输入热量或增加焊速。 （2）不规则金属流线的控制范围

（3）不规则金属流线及错边的控制方法

除合理的焊接温度及压力外，下列因素必须给予充分考虑：

1）合拢边缘对接形状应尽量为双边平行。如果不平行，应符合图3规定，其中￠1≤20度 ￠2 ≤10度。

（2）严格控制板边剪切质量，剪后用刨刀刮去0.5mm为宜，或用铣刀。钝剪刃必须及时更换。

3）挤压辊辊形良好，四辊式上、侧各辊必须调整一致，压力均匀。注意辊子的不均匀磨损或局部损坏。

4）焊缝中心线应始终处于12点钟位置，防止挤压力、温度不均。

5）接触焊两脚必须与焊缝中心对称，磨损一致，成对更换备品，防止两板边加热不一致。 6）管中放置阻抗器不允许左右偏移，防止两边邻近效应的差异。

7）合用事格带钢，月牙弯不能超过机组的适应能力，月牙弯不应大于每米1.25mm。在对焊时或圆盘剪调整中避免形成人为月牙弯。

8）当使用纵剪带钢，从带钢中心剪两条带条时，应在带钢订货时对厚度公差及控制带状组织提出要求，否则会形成不规则金属流线及错边，影响焊接质量。 9）确保带钢在成型中边缘平直，防止产生扭曲和波浪费。 （4）监测控制系统的采用

除上述合格的原料及正确的工艺调整会使金相检验的几何图形处于良好的状态外，应用各程形式的焊接温度或热输入自动控制与监测系统、焊道形状的监视与控制系统、测定控制焊接现象焊点移动频率系统都是保证焊缝质量的有效方法。

焊缝正火后的金相检验应注重检验热处理效果，看热处理尝试是否贯穿整个壁厚，有无偏移等。必要时时行硬度试验和晶粒度测定。经热处理的焊缝及HAZ区硬度分布均匀，晶粒度不低于母材，组织细小均匀。

金相检验应观察焊缝区夹杂物和带状组织，两者均应小于2.5级。应照(2)节及(3)节按前头方向进行调整。中间虚线以内为建议采用的标准范围。各ERW 机组可按实际情况适当缩小这一范围等，等于使实虚线之间警告区扩大了。作者工厂中的中口径ERW 机组规定的标准控制范围如图阴影部分所示。

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