压力管道工程中有关焊接诸多认知误区和盲区浅析(一)——焊接接头

焊接接头形式和焊缝形式是两个不同概念,而压力管道单面焊焊接接头要达到相当于双面焊同样质量要求是一个综合性的问题,主要涉及焊接方法、母材类别、焊接材料、焊接位置、预热、背面充气保护、热处理、电特性及技术措施等9个因素的影响,同时也与焊工技能有关。熟练焊工按照合格的焊接工艺评定进行施焊、加强焊缝目视检测(VT),尤其是焊接接头坡口加工和焊道VT检测是保障质量的重要要素。

444铁磁性不锈钢焊管缺陷的识别与分类

基于涡流检测技术,提出一种针对444铁磁性不锈钢焊管的缺陷识别与分类方法。首先采集经过磁饱和处理后的钢管涡流信号,通过经验模态分解(EMD)进一步对涡流信号进行降噪,提取到最能代表原始信号特征的内涵模态分量(IMF),对所选取的IMF提取时频域特征参数;为了提高模型识别效率,通过主成分分析(PCA)对特征向量集降维;最后使用支持向量机(SVM)对焊缝缺陷进行识别与分类。试验结果表明,该方法对444不锈钢焊管各缺陷的识别准确率较高,生产中可将含有特定缺陷的产品自动筛选出来,提高了生产效率。

高等级流体输送用不锈钢焊接钢管质量控制研究

随着近年来我国石油、核电、新能源、汽车、化工等行业的高质量发展,对不锈钢焊接钢管产品性能和质量要求越来越高。为满足用户对高等级流体输送用不锈钢焊管的要求,企业通过推进质量信息化、智能化、集中化管理,以企业大数据处理系统为中心,建立了涵盖生产线和管理部门的质量信息网络,实现了质量信息从数据采集、传输、分析到改进和评价的闭环管理,优化从不锈钢冶炼、板材轧制到焊接制管的全流程生产工艺,应用“精密策划”“自主创新”“过程控制”“检验细化”等科学管理方法,形成了系列化、标准化的“全员、全流程、全要素、全过程”质量控制方法,实现了高等级不锈钢焊管的质量提升和稳定供货。

封闭式自熔焊工艺参数对薄壁不锈钢管焊缝成形的影响

采用封闭式机头对12 mm×2 mm的不锈钢洁净管进行全机械化的钨极氩弧焊自熔焊,研究了不同焊接工艺参数对薄壁不锈钢管焊缝成形的影响。通过拉伸、弯曲、无损检测、宏观金相试验验证了薄壁不锈钢管的接头力学性能与组织特征,针对不同焊接位置制定了焊接工艺参数。结果表明,基/峰值电流、占空比、钨极高度和保护气流量是影响焊缝成形的主要因素。回转焊接时,当焊接位置由立向上改变至立向下焊接时,需加大基/峰值电流,以避免焊缝出现外表面塌陷和内表面凹陷。焊接接头微观组织为奥氏体+铁素体,接头抗拉强度接近于母材,弯曲试验中无裂纹产生,探伤试验无气孔、裂纹等缺陷产生,各项性能均满足相关标准要求。

奥氏体不锈钢管环焊缝超声相控阵检测分析讨论

本文通过分析奥氏体不锈钢晶粒粗大对超声检测的影响,结合超声衰减的特性,在NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》和NB/T 47013.15—2021《承压设备无损检测第15部分:相控阵超声检测》标准下设计了两个对比实验。通过两次超声检测对比实验和超声检测-射线检测对比实验,验证了相控阵超声检测相较于常规超声检测在不锈钢管环焊缝检测中更可靠、更准确。

基于卷积神经网络焊管缺陷分类识别

针对常规涡流检测阻抗平面分析法无法对不锈钢焊管缺陷种类进行识别的问题,提出了一种基于涡流检测技术结合机器学习对不锈钢焊管缺陷进行分类识别的有效方法。首先对提取到的涡流信号进行短时傅里叶变换,将原始涡流信号转换成二维时频图;再将二维时频图输入到VGG-16和GoogLeNet两种神经网络训练模型的输入层中。结果表明:VGG-16和GoogLeNet两种神经网络训练模型能成功识别不锈管焊管的缺陷,且VGG-16模型在0.01的学习率下的整体分类精度高于GoogLeNet模型。

奥氏体不锈钢小径管焊缝超声波相控阵检测技术应用及分析

针对奥氏体不锈钢小径管焊缝的失效机理和裂纹缺陷特点,研究制定了专用超声波相控阵检测技术,并确定了验收标准及裂纹判断方法,选取35条焊缝进行现场试验验证。结果表明:超声波相控阵不合格焊缝与内表面液体渗透检测结果基本一致;超声波相控阵与射线检测约50%焊缝结果一致,超声波相控阵和射线检测均存在裂纹漏检。通过理论、试验结果及试验数据统计分析,得出超声波相控阵技术能够有效检测出役致裂纹;超声波相控阵技术在单侧扫查时,对探头对侧焊缝区域裂纹缺陷检出率低,容易发生漏检;超声波相控阵技术对于高度较小的裂纹,容易误判缺陷性质;射线检测对役致裂纹的检出率低,从检测结果统计分析可得出,检出率低于超声波相控阵技术。

基于熔池图像的304不锈钢焊管氩弧焊钨针损耗检测

钨极氩弧焊(TIG焊)是目前大部分不锈钢焊管制管企业采用的焊接工艺。该种工艺通常使用钨针作为电极材料,正常的钨针顶部一般为尖锥形,而随着焊接的进行,钨针针尖会逐渐产生烧损,烧损后的钨针会对焊缝的成型造成极大的影响,极易产生焊洞、咬边、漏焊等缺陷。该文通过分析氩弧焊焊接图像中的熔池轮廓模型及图像信息,发现熔池宽度与焊接电流、钨针损耗之间的联系,提出一种基于熔池轮廓的钨针损耗检测方法,通过实验证明,该文所提出的通过熔池宽度的变化检测钨针损耗的方法具有较好的准确性和可行性。

大孔径不锈钢薄壁焊管金刚石涂层拉拔模具制备及应用

研究了利用直流电弧等离子体喷射法,在硬质合金拉拔模具表面沉积CVD金刚石涂层。采用孔径测量仪、接触式粗糙度仪和Raman光谱仪对金刚石涂层厚度、表面粗糙度和质量进行了测试分析。结果表明:金刚石涂层厚度d为24.5μm,沉积速率v为2.45μm/h,抛光后定径区表面平均粗糙度Ra为46 nm,拉拔模具入口区、压缩区和定径区在1 332 cm~(-1)附近都有明显的金刚石涂层特征峰。将制备的金刚石涂层拉拔模具应用于不锈钢焊管生产线中,经与硬质合金拉拔模具对比,使用寿命提高200倍,并在环保、降低劳动强度和管材一致性上都有了明显的优势。

TIG自动焊技术在轨道车辆CO_(2)冷媒空调不锈钢管路系统中的应用研究

针对轨道车辆CO_(2)冷媒空调不锈钢管路系统焊接的工艺难点,应用不锈钢管TIG自动焊工艺来解决CO_(2)空调不锈钢管焊接可行性问题。总结了不锈钢管TIG自动焊焊接工艺参数设定依据,通过该方式确定的工艺参数可以得到高质量的焊接接头。同时介绍轨道车辆CO_(2)冷媒空调管路系统焊接后密封性检测要求,为该类空调的系统设计、施工和密封性检测提供参考。

FFX成型技术在不锈钢焊管生产中的应用

在高频直缝焊管生产中,FFX成型技术作为一种先进的焊管成型工艺具有轧辊兼用程度高、成型稳定、自动化水平高等特点。介绍了FFX成型技术的原理,并与排辊成型技术进行了对比,分析了FFX成型技术的特点和优势。以S31803双相不锈钢为例,在Φ630 mm FFX成型机组上生产Φ219 mm不锈钢焊管,并对管材性能进行了分析。结果表明,采用FFX成型技术生产的不锈钢管产品性能稳定,减少了换辊时间,降低了生产成本。

超级双相不锈钢(S32750)管焊接工艺的研究

文章根据某修理改装项目要求,针对超级双向不锈钢(S32750)的特点,结合其力学性能、化学成分等,进行焊接工艺设计,并通过超级双向不锈钢的焊接试验验证,试验数据表明,该工艺能够获得符合工程规格和要求的高质量焊接接头。

不锈钢管小变形自动氩弧焊工艺研究

针对不锈钢管自动氩弧焊易产生焊接变形的特性,通过控制坡口型式、装配工艺和焊材参数,并在焊接过程中通过测量焊接变形进而调整焊接位置的方式可以有效控制焊接变形,保证不锈钢管的直线度不超差。该工艺已成功应用于长度为2 200 mm,直径为210 mm,厚度为20 mm的304LN不锈钢管焊接。在该不锈钢管上有4条焊缝,焊后最终轴心线直线度控制为0.3 mm。

17-4PH不锈钢管件热切割和焊接加工裂纹分析

17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢因具有较低碳含量、中等Ni含量和热处理后韧性较好的细板条状时效马氏体组织,本应在热加工状态下表现出较好的热切割和焊接性。但在实际热加工过程中,该材料在高能率热切割和施焊时却极易出现裂纹缺陷。通过分析17-4PH不锈钢等离子热切割和焊接生产过程裂纹产生原理,跟踪追溯分析工件热加工过程,找到了17-4PH钢在热切割和焊接过程中产生裂纹的原因,并采取相应措施避免了17-4PH不锈钢热切割和焊接裂纹的产生。

钛合金管件与不锈钢内衬管真空扩散焊工艺研究

采用真空扩散焊工艺实现了TC4钛合金管件与15-5PH不锈钢内衬管的连接,研究了焊接温度、保温时间、中间层等对焊接界面结构、界面扩散及焊合率的影响规律。结果表明,在焊接温度为900℃,保温时间为4 h,Ni中间层厚20~30μm的条件下,可实现TC4管件与15-5PH内衬管的有效连接,焊合率最高。焊接接头界面产物组成,从钛合金侧到不锈钢侧依次为:TC4-(α+β)—NiTi_(2)—Ni_(x)Ti_(y)P_(z)—Ni_(3)Ti—FeNi_(3)—γ-(15-5PH)。焊接温度和中间层是影响连接质量最主要的因素,采用低于880℃的焊接温度或不采用中间层时,无法实现TC4管件与15-5PH内衬管的可靠扩散连接。保温时间为4 h时,焊接温度从890℃升高到910℃,焊合率和扩散层厚度先升高后略降低。焊接温度为900℃时,保温时间从2 h延长到4 h,焊合率和扩散层厚度均升高。

不锈钢焊管旋压损伤模型建立及损伤因子修正

针对439不锈钢焊管旋压存在的损伤开裂问题,基于不锈钢焊管旋压加工的特点,建立了Johnson-Cook损伤模型,采用单变量法进行拉伸模拟,确定了损伤因子的范围,分析了损伤因子对拉伸应力-应变的影响,并通过正交模拟和拉伸试验对损伤因子进行了修正。结果表明:损伤因子D_(1)、D_(2)、D_(3)对初始损伤值和最大等效破坏塑性应变值影响较大,损伤因子D_(4)、D_(5)对拉伸损伤的影响不明显。随着损伤因子D_(1)、D_(2)的增加损伤值和应变值逐渐增大,经正交模拟修正后的损伤模型与试验结果具有较高的一致性。

过渡层焊材选型对薄内衬304/Q235B复合管焊后耐蚀性影响

薄内衬双金属复合管受管壁厚度影响,无法对内衬层进行单道次焊接。文中对内衬层304厚度0.6 mm,基层Q235B厚度4.0 mm的双金属复合管,采用钨极氩弧焊及过渡层+基层2层3道次的焊接方法,选用ER309L焊丝、 TGF309L焊丝及ERNiCrMo-3焊丝进行过渡层的焊接,选用ER70S-6焊丝进行基层焊接,设计了3种焊接方案,对焊接接头进行了显微组织和耐蚀性能分析,重点分析不同过渡层焊材的选取对焊接接头耐蚀性能的影响。结果表明,3种焊接方案的焊缝成形良好,选用ER309L和TGF309L焊丝焊接的过渡层焊缝显微组织致密,为奥氏体+少量蠕虫状铁素体,焊缝-母材合金元素过渡均匀,焊后接头自腐蚀电流较小;选用ERNiCrMo-3焊丝焊接其过渡层显微组织特点为镍元素不能充分扩散,在奥氏体中出现聚集现象,并伴有晶间组织,焊后接头钝化区间长度及击破电位较高,3组方案耐腐蚀性能均强于复合管母材。

Q235B+304薄内衬复合管对接焊缝组织与性能

针对复层无法单独施焊的0.6 mm+4.0 mm的Q235B+304薄内衬复合管,采用过渡层+两层盖面层的3道次焊接方法及钨极氩弧焊(TIG),分别采用常用的ER309L焊丝、ERNiCrMo-3镍基合金焊丝及带药皮的TGF309L焊丝进行过渡层的焊接,采用ER70S-6焊丝进行盖面层焊接,设计了3种焊接方案,对焊接接头进行了显微组织分析、拉伸、硬度测试,重点分析过渡层焊缝性能,验证采用过渡层+两层盖面层的3道次焊接方法对薄内衬复合管进行焊接的可行性,并对3种过渡层焊材的焊接接头性能进行比较。结果表明,3种焊接方案的焊缝成形良好,3种过渡层焊材与复合管之间均具有良好的焊接性;采用ER309L和TGF309L焊丝的过渡层焊缝为奥氏体加少量蠕虫状铁素体组织;采用ERNiCrMo-3焊丝的过渡层焊缝由细小的富镍奥氏体等轴晶及晶间组织构成;采用ER70S-6焊丝的盖面层焊缝为板条状马氏体组织。3组焊接接头抗拉强度均达到复合管基层母材基本要求,基层母材-过渡层焊缝的熔合线附近均会由于发生碳迁移导致局部硬度增大,这是接头的薄弱环节。

奥氏体不锈钢管窄间隙焊接残余应力分布及径厚比影响研究

采用轮廓法试验测试和有限元数值模拟研究φ273 mm×28 mm的316L奥氏体不锈钢管窄间隙多道焊接残余应力的分布特征,并基于数值模拟研究了不同径厚比对管环焊缝残余应力的影响规律。结果表明:计算得到的环向应力和轮廓法测试结果在焊缝内部的分布趋势相近;焊缝区环向应力和轴向应力沿厚度方向呈现“弯曲型”分布特征,即内壁附近的焊缝及邻近区域为压缩应力,外壁区域为拉伸应力。厚度不变的情况下,随着径厚比R/t增大,焊缝区域的环向拉伸应力区略增大,压缩应力区减小;而内壁附近的轴向压应力值减小,外壁附近的轴向拉应力值也减小,沿厚度方向的轴向应力向“自平衡”应力状态转变。

316L不锈钢焊管横向裂纹产生原因

某316L不锈钢管发生开裂现象,裂纹方向垂直于焊缝,采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、扫描电镜及能谱分析等方法对裂纹产生原因进行分析。结果表明:铜元素在断口表面富集,并呈沿晶分布特征;不锈钢焊管在焊接时发生了铜污染,在随后的热处理过程中,低熔点的铜液化并沿晶界渗入,使晶界脆化,在冷却拉应力的作用下产生铜污染裂纹,导致钢管开裂。