薄壁不锈钢焊管微裂纹原因的探讨

stevengcn

薄壁不锈钢焊管微裂纹原因的探讨
不锈钢薄壁焊管（简称焊管）的微裂纹是焊管中一个特有的现象，人们根据经验得出的结论，这种现象是由焊管线上与钢带或焊管接触的铜部件引起的。接触铜部件的薄壁焊管通过在线的感应热处理后，会出现大量的微裂纹。有趣的是这类焊管在做水下气密性试验时，即使部分焊管当时未发现有问题，而后放置数天在重复做，在先前未发现有微裂纹的焊管，也会出现微裂纹问题。人们对这类微裂纹现象称之为渗铜现象。
针对奥氏体不锈钢薄壁焊管的这个问题，人们做了大量的研究，有观点认为“被沾染的铜的焊管在热处理时，由于加热炉内奥氏体不锈的固熔温度达1030°以上，而不少铜部件：H68熔点950℃、青铜熔点910℃”，以此判断“铜部件在高温下熔化，液态铜对高温下固态不锈钢具有渗透作用，渗入了不锈钢材料的晶格中，造成了对不锈钢材料的腐蚀作用”，不锈钢薄壁焊管渗铜的原理果真如此吗？我认为这个观点值得商榷。
在生产实践中，我们经常遇到因各种设备的原因，焊管未能在线热处理（如果是没有其他可离线热处理设备对这类焊管进行热处理，只能作为废管处理），我将这类焊管用离线的炉道式退火炉进行热处理，效果不错，可以将这批“废管”复活。在做这个工作时，我想到在线感应热处理时薄壁焊管出现会微裂纹，那么离线的炉道式退火炉对薄壁焊管的热处理是否也会出现类似的问题？
就这个想法，我跟踪了焊管在离线热处理的过程，同时还有意识的在试验的焊管内用不同材质铜条进行刮磨，使铜条有明显的磨损，也有将不同大小颗粒铜屑放置在试验焊管内（这类试验在焊管生产线上也做过，结论是可以导致焊管产生微裂纹、裂纹、甚至穿孔），试验过程中对退火炉的温度也进行了调节，温度范围在1010°~1100°。试验的结果是：所有放置铜于焊管内的方法都未造成焊管的裂纹或损伤，特别是较大颗粒的铜屑/铜粒在焊管内熔化形成铜斑痕，也没有导致焊管的穿孔或裂纹。结果出乎我的意料，这给我提出了一个疑问：问题出在哪里（带着这个疑问，我在焊管生产线上又一次重复了相同的试验，结果是焊管出现微裂纹、裂纹、穿孔）？
面对这个疑问，我又做了一些试验，在焊管生产线上，用不同的低熔点金属屑（铝、纯铜、黄铜、锌等），发现焊管对纯铜特别敏感，黄铜、铝次之，锌居三。这个试验有个明显的倾向是，污染物的导电性影响试验的结果。同时试验中还有一个明显的倾向，微裂纹产生与焊管管壁厚薄有明显的不同，管壁薄的容易产生裂纹，管壁厚的则不易产生裂纹：管壁在0.5mm的，遇到细微的铜屑，会产生大量的微裂纹，管壁在0.7mm的，则微裂纹现象要明显减少，管壁在0.9mm的，基本不出现渗铜的裂纹问题。
以下对试验结果的分析，焊管生产线上，如果有铜部件接触薄壁焊管材质并发生铜部件磨损，微小的铜屑附着在焊管内壁，沾有铜屑的焊管在通过感应加热设备时，感应线圈的中高频感应渗透到铜屑所在部位。这样说吧，我们知道中高频感应电流集肤于被感应物体表面，频率越高，集肤效应越明显，感应电流渗透到被感应物体的深度就越浅。我们用的中频感应，频率也不低，焊管的表面到0.5mm处是强感应层，0.7mm处的感应也较强，再往深处感应强度递减。薄壁焊管内表面的细铜屑，恰巧处于较强的感应层，由于铜的电阻率远比不锈钢小，我们粗略的估算一下， I=U/R，铜电阻率为0.0175Ωmm2/m，常用不锈钢TP304电阻率为0.73Ωmm2/m，也就是说一般不锈钢的电阻率是纯铜的42倍左右，铜屑所在相应的局部电流也要高出很多，温度亦很高（实际温度要考虑铜屑的颗粒微小，所处的环境，与管壁的接触散热）。如此高的局部温度，铜不仅熔化同时烧灼焊管母材并渗入不锈钢管壁材质的晶格中，造成局部的材质缺陷，在冷却时应力作用下造成开裂；如果铜屑较大，则有可能烧穿管壁。这就是我对焊管渗透产生微裂纹的观点。
我们还可以对比炉道式退火炉对薄壁焊管热处理的试验，，同样的铜屑污染却不会造成薄壁焊管的微裂纹问题，这个现象也符合我上述观点。因为铜屑的存在，未在焊管内壁产生局部的高温，即使较大颗粒的铜颗粒，尽管在焊管内壁出现流淌状的铜斑，亦没有损伤焊管。
有一点我与人们的认识是相同的，不锈钢薄壁焊管在生产线上热处理所产生的微裂纹质量问题，基本上是有渗铜造成的，所以对带固熔热处理薄壁焊管生产过程中，不锈钢焊管材质要远离铜等低熔点低电阻的材质，以防止出现批量的微裂纹质量事故。
为了方便，我在这里以讨论形式描述我的观点，而不是论文形式。我想这种形式同行可以理解我的观点。


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要点：
我们用的中频感应，频率也不低，焊管的表面到0.5mm处是强感应层，0.7mm处的感应也较强，再往深处感应强度递减。薄壁焊管内表面的细铜屑，恰巧处于较强的感应层，由于铜的电阻率远比不锈钢小，我们粗略的估算一下， I=U/R，铜电阻率为0.0175Ωmm2/m，常用不锈钢TP304电阻率为0.73Ωmm2/m，也就是说一般不锈钢的电阻率是纯铜的42倍左右，铜屑所在相应的局部电流也要高出很多，温度亦很高（实际温度要考虑铜屑的颗粒微小，所处的环境，与管壁的接触散热）。如此高的局部温度，铜不仅熔化同时烧灼焊管母材并渗入不锈钢管壁材质的晶格中，造成局部的材质缺陷，在冷却时应力作用下造成开裂；如果铜屑较大，则有可能烧穿管壁。这就是我对焊管渗透产生微裂纹的观点。

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附图为典型的较大的微裂纹，在实际生产中我们一般见到的微裂纹比附图显示的要小的多

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本人编写了数万字的有关不锈钢薄壁焊管技术的探讨文章，关心焊管技术的朋友可以在百度文库通过笔名 stevengcn 或 葛伟极 搜索到，希望这些文章可以给同行朋友提供参考或共同探讨。
关键词：焊管 焊接 焊缝 固熔 微裂纹 渗铜 内整平 氩弧焊 精整 卫生管 气密性试验 装箱

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料带问题—薄壁焊管技术札记（1）
葛伟极
1.        不锈钢薄板分条：料带由大卷料分条，一般由大卷料中部分条的料平整状态较好，而由两边分条所得料带平整度就不甚理想，特别边条料，很容易出现裙边现象。这种问题造成的危害放在下一小节讲，这里主要讲讲分条的表面拉毛和两边的毛刺现象，表面拉毛有可能是原料钢圈本身在冷轧及退火过程中产生的，也有可能是在分条时产生的。一般来说只是表面浅层轻微的拉毛，即使指甲的刮擦也感觉不到，但当拉毛的痕迹较深，指甲刮擦可以明显的感觉到，更有严重的可以看到明显的线条和线条的端点有拉毛造成的颗粒瘤，前者一般来说不会影响产品的质量，而后者在产品上会造成不同程度的缺陷，较深的拉毛痕迹连外抛也不能磨去。说说毛刺，毛刺是分条过程产生的，对分条的钢带来说，没有毛刺是不可能的，但薄壁焊管对毛刺较敏感，过高的边线毛刺，可能会影响焊接，遇到这类情况当然与分条商交涉及退火是一个办法，在大多数情况我建议自己采取些措施加以解决。解决边线的毛刺，我采用在线刮的方法刮除毛刺，下图是我制作的一个工装，用于刮除毛刺。
这个装置安装在焊管线的进带端中线位置，钢带的引入经过该装置刀片，刀片的刀口压在钢带的两侧边，可将钢带侧面粘有的纸屑，油污，杂质刮去。图上的刀片是直刀，如果我们装上斜刀，可以刮去钢带两边的毛刺。

2.        不锈钢料带的硬度：焊管料带的材质硬度在进料时一般有要求，常见的不锈钢材料 TP304，TP304L，TP316L等硬度，根据标准要求HRB 在 90 以下，而钛带没有对硬度的技术要求。一般焊管的焊接过程对材质硬度要求不高，而薄壁焊管的焊接，我认为材质软一些，特别是整体材质的HRB 在 85 以下更有利于焊接，如果钢带的硬度接近HRB 90，在不少情况下影响焊接，也就是说影响焊管的成品率。
我们在焊薄壁焊管时，钢带的硬度对成型效果有一定的影响，某些时候会影响成品率。薄壁钢带的硬度高，则弹性强，而塑性就差；对应的就是硬度低，可塑性就好。钢带被引入成型辊组，塑性差而弹性强的就会在成型辊成型碾压后反弹大，这种反弹在前后成型辊间体现出来，如果制管机成型部分的成型辊水平线和中心轴线波动大于某个值，这种反弹在钢带的边缘上会产生起包现象，在钢带裙边和镰刀弯时更容易发生。此类问题在钛管焊接时较明显。如何解决此类问题？对于薄壁管，当然首先在材质上我们选择硬度偏软的，上述的问题我们可以避免；但是一般钛带材质的硬度偏硬（标准对钛带的硬度没有要求），原料来源少，价格又特别贵，原料采购很少有选择余地。这个问题在“成型”的段落里再作论述。

3.        缺陷：明显缺陷这里不说了，只说振痕，振痕是指料带上横向的压痕，这些压痕是由于轧制时设备震动造成的。不少振痕肉眼不易察觉，但在侧光条件下可以看见。钢带上的振痕缺陷，不影响焊接，但振痕在成平管上造成看不见的环向振痕（竹节痕），会在涡流探伤时产生规律性的报警。目前尚不明了焊管上振痕的危害，但涡流探伤会造成大量的误报。

4.        带宽：这里不说带宽的计算，而是说带宽对焊管表面质量的影响。带宽适量的宽窄，对焊管精整的效果不同，窄的带宽，管径的精度不易控制，特别是管径的椭圆度不易控制，而且管表的环向光滑度不够；宽的带宽，管径的精度容易控制，特别是管径的椭圆度也容易控制，而且管表饱满光洁。

本人编写了数万字的有关不锈钢薄壁焊管技术的探讨文章，关心焊管技术的朋友可以在百度文库通过笔名 stevengcn 或 葛伟极 搜索到，希望这些文章可以给同行朋友提供参考或共同探讨。
关键词：焊管 焊接 焊缝 固熔 微裂纹 渗铜 内整平 氩弧焊 精整 卫生管 气密性试验 装箱

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countryboy66

如果是ERW，则要从材料、成型工艺、焊接工艺、模拟正火处理等环节找原因。ERW是高频电阻焊，其又分高频感应焊接和接触电阻焊接。

stevengcn

谢谢关注，我不从事高频感应焊接及接触电阻焊接，所以不熟悉，有机会也想学习

yoopin

请问如果焊缝烧好后还未冷却遇水产生的裂纹是何种裂纹？哪些材料会出现这种情况？

stevengcn

回9楼，你可能不是说的是不锈钢焊管生产或不是不锈钢焊接，如果是奥氏体不锈钢焊接，除非过烧，造成粗晶，容易开裂。
不锈钢焊接在高温下遇水急冷一般是不会开裂的，当然焊缝本身有问题另当别论。
以上是我的看法

zhubin123

现在就是这个不锈钢焊好后开裂问题要解决