X70管线钢焊缝弯曲不合格原因分析

表 1 X70 级 准 1 016 mm×17.5 mm
钢管母材及焊缝力学性能
取样位置 Rm /MPa Rp 0.2 /MPa
A/%
母材
720
580
36
焊缝
740
590
30
AKV/J 290 193
表 2 焊丝及母材化学成分
%
材料 w（C） w（Mn） w（Si） w（P） w（S） w（Cr） w（Ni） 母材 0.07 1.72 0.15 0.012 0.002 0.02 0.18 焊丝 0.070 1.47 0.17 0.007 2 0.001 0 0.045 0.016
文章编号：1001-3938（2011）11-0062-04
Analysis on Weld Bending Disqualified Reason of X70 Pipeline Steel
CHEN Xiao-lin
（ CNPC Jianghan Petroleum Administration Bureau Shashi Steel Pipe Works，Jingzhou 434001，Hubei，China）
重， 易导致断弧。 另外， 焊剂的碱度、 焊剂中 S 和 P 的含量都对气孔有很大的影响。 弯曲试验时， 气 孔受挤压力作用， 内部压强变大， 导致试样表面开 裂。 有气孔的试样弯曲面照片如图 3 所示。
图 3 有气孔的试样弯曲面照片
3.3 脆性断裂 3.3.1 宏观形貌
脆性断口一般呈以下形貌： 端口平齐， 无明显 塑性变形， 呈金属光泽， 在光线下可见闪闪发光的 颗粒状小刻面， 呈现结晶状形貌。 如图 4 所示。 3.3.2 金相检验
江 汉 石 油 管 理 局 沙 市 钢 管 厂 在 生 产 X70 级 准 1 016 mm×17.5 mm 钢管时， 焊缝弯曲试验中出 现了不合格现象， 笔者对产生这种不合格现象的 原因进行了分析。
1 管材力学性能及化学成分
X70 级 准 1 016 mm×17.5 mm 钢 管 母 材 及 焊
缝力 学 性 能 见 表 1。 焊 接 焊 丝 采 用 H08C， 焊 丝 及母材化学成分见表 2。
材料 w（Cu） w（Nb） w（V） w（Ti） w（B） w（Mo） w（Al） w（N）
母材 0.22 0.08 0.04 0.01 0.000 1 0.22 0.015 0.004
焊丝 0.059
0.044 0.006 3 0.35
第 34 卷第 11 期
2 试验条件
陈晓林：X70 管线钢焊缝弯曲不合格原因分析
图 9 焊趾开裂的形貌 200×
加工弯曲试样时， 通常要求去除焊缝余高， 且焊缝厚度与母材厚度平齐。 由于微裂纹的位置 往往低于母材高度， 试样制好后， 裂纹仍保留在 试样中。 弯曲试验时， 这些残留下来的微裂纹成 为裂纹源， 随着弯曲角度加大， 裂纹不断扩展开 裂， 最终在焊缝表面产生一条宏观可见的裂纹， 如图 10 所示。 3.5 边缘开裂
（3） 焊趾开裂。 应改变成形系数， 使焊趾部 位熔合良好。
（4） 边缘开裂。 应提高加工精度， 确保试样 边缘过渡圆滑， 减少裂纹源的产生。
参考文献：
［1］ API SPEC 5L（44 版），管线钢管规范［S］. ［2］ 机械工业理化检验人员技术培训和资格鉴定委员会.力
学性能试验［M］ .北京：中国计量出版社，2008，139-144. ［3］ 黄勇，梁斌.焊剂对焊缝中气孔 、夹渣的影响 ［J］.焊管，
样就会贯穿于试样的整个表面， 如图11 所示。
图 11 裂纹贯穿表面的边缘开裂试样照片
由图 11 可见， 试样弯曲面上宏观可见一条 裂纹线， 实测裂纹宽度和深度都非常小。 对于这
（1） 夹渣及气孔。 焊接时应改变焊接参数， 减 小熔池金属的凝固速度， 使夹渣和气孔及时析出。
（2） 脆性断裂。 应改变焊接工艺， 减少焊缝 中非金属夹杂物的析出， 避免 M-A 组织产生。
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经验交流
焊管 · 第 34 卷第 11 期 · 2011 年 11 月
X70 管线钢焊缝弯曲不合格原因分析
陈晓林
（江汉石油管理局沙市钢管厂，湖北 荆州 434001）
摘 要：检验管线钢管焊接接头塑性性能最直接、 最有效的方法是弯曲试验。 简要介绍了
X70 管线钢管的力学性能、 主要化学成分、 弯曲试验条件以及 API SPEC 5L 中对弯曲试验合
Abstract: The most direct and the most effective method to check welded joint plasticity of line pipe is bending test. In this article，it briefly introduced the mechanical performance，main chemical compositions，bending test condition and judgment standard to qualified specimen in API SPEC 5L，and analyzed disqualified phenomena and cause for bending test from weld inclusions，gas pocket，brittle fracture，welding toe cracking，crack source and etc. Finally，it gave specific measures to reduce inclusions，gas pocket，brittle fracture，welding toe cracking and etc. Key words: X70 line pipe；bending test；inclusion；gas pocket；brittle fracture；crack source
夹渣及气孔是埋弧焊中常见的缺陷， 该缺陷 会导致钢管有效尺寸减小， 严重影响钢管的塑 性， 缩短钢管服役寿命。
夹渣是非金属固体物质残留于焊缝金属中的 现象， 通常是因焊接电流过小， 焊接速度过快， 导致铁水凝固时熔渣未及时浮出而残留在熔池内 部形成的。 夹渣多呈不规则形状， 对焊接接头的 性能影响较大， 会降低焊缝的塑性和韧性。 在内 表面挤压力的作用下， 其尖角会引起较大应力集 中， 从而造成表面开裂、 弯曲面凸起等现象。 有 夹渣的试样弯曲面照片如图 1 所示。
焊管
2011 年 11 月
物， 同时组织中还存在 M-A 组织， 该组织在焊 缝组织中表现为韧性下降， 使解理断裂应力降 低， 从而导致了脆性断裂。 3.4 焊趾开裂
焊趾开裂常常出现在螺旋焊管焊缝中， 由于 母材坡口角度较小， 焊缝成形系数小， 焊缝金属 与母材金属过渡不平缓， 形貌通常呈马鞍型， 如 图 8 所示。 这种接头形貌容易造成焊趾熔合不好， 焊后在焊趾处母材与焊缝易产生未熔合或开裂。
－t
，
（1）
t
式中： D—规定外径， mm；
t—规定壁厚， mm；
ε—应变。
支辊间的距离 l=Agb+2t+3.2 mm， 弯曲角度为
180°。
3 试验结果
3.1 判定标准 API SPEC 5L 对 合 格 试 样 的 判 定 标 准 如 下 ：
①试样不应完全断裂； ②焊缝中不应出现长度＞ 3.2 mm， 并且与深度无关的裂纹； ③母材、 HAZ 或熔合线中不应 出 现 任 何 长 度＞3.2 mm 或 深 度＞ 壁厚 12.5%的裂纹； ④试样边缘不应出现长度＞ 6.4 mm 的 裂 纹 。 按 照 上 述 标 准 要 求 ， 在 实 际 生 产过程中， 经常会出现夹渣及气孔、 脆性断裂、 焊趾开裂等不合格现象。 3.2 夹渣及气孔
从焊趾开裂的焊接接头上截取试样并将其磨 制成金相试样， 用 4%的硝酸酒精浸蚀后在显微 镜下观察， 发现焊趾部位有微裂纹存在， 如图 9 所示。
图 7 断面能谱扫描曲线
通过以上分析可以判定： X70 管线钢焊缝弯 曲产生脆性断裂的原因主要是在焊缝金属中析出 了 Si， Mn， Al 和 S 的非金属夹杂物和 Ti 的碳化
在断口附近取样磨制成金相试样， 用硝酸酒 精浸蚀， 在显微镜下观察， 可发现显微裂纹和疏 松裂纹。 脆断试样微观照片如图 5 所示。
用苦味酸酒精溶液侵蚀后的焊缝金属的显微 组织如图 6 所示。 白色基体为铁素体，。
· 64 · 图 4 脆性断口宏观形貌
根据 API SPEC 5L 标准要求， 弯曲试样的棱 边应倒圆， 倒圆半径不超过试样厚度的 1/10。 试
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类试样的评判， 需要用千分尺测量裂纹长度， 再 依据相关标准进行评判。
4结论
图 10 焊趾开裂的弯曲试样 样加工时往往未对棱边倒圆， 或者棱边倒圆比较粗 糙。 在进行弯曲试验时， 这些未经倒圆或倒圆比较 粗糙的棱边就会产生应力集中， 从而成为裂纹源， 并从试样边缘起裂， 沿试样宽度方向平行扩展， 塑 性较好的试样会止裂于试样表面， 而塑性不好的试
将缺陷部位磨制成金相试样， 用硝酸酒精浸 蚀， 在低倍显微镜下观察， 其形貌如图 2 所示。
焊剂中水分含量是决定焊缝中气孔多少的重 要因素。 在高温电弧作用下， H2O 分解成气体， 形
图 1 有夹渣的试样弯曲面照片
图 2 夹渣形貌 40× 成气体空腔进入熔池， 在铁水凝固时未及时浮出而 形成气孔。 此外， 气体对电弧稳定性的破坏很严
格试样的判定标准。 从焊缝的夹渣及气孔、 脆性断裂、 焊趾开裂和裂纹源等方面分析了弯曲
试验不合格的现象及产生原因。 最后分别给出了降低夹渣及气孔、 脆性断裂、 焊趾开裂等缺
陷的具体措施。