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焊接钢管焊道防腐层减薄的原因及对策

焊接钢管焊道防腐层减薄的原因及对策

来源:浙江至德钢业有限公司发布:2020-04-24 01:30:52类别:不锈钢材料

焊接钢管缠绕式3PE防腐生产过程中,由于焊道的凸出,在外界压力的作用下,焊道处防腐层减薄是必然的。SY/T04132002标准中明确规定焊接处防腐层厚度不能小于管体防腐层厚度的70%。因为焊道是焊接钢管的最凸出部位,最容易受到外部力量的损坏,所以提高焊道的防腐层厚度对提高钢管整体的抗破坏能力是至关重要的。但是,在实际操作中,为了达到焊道防腐层所规定的厚度而增加管体防腐层的厚度,将会造成生产成本的提高。

讨论焊道防腐层减薄原因的目的,就是要找出减少焊道防腐层减薄的方法,设法提高焊道防腐层的厚度,从而提高3PE钢管抵御外界破坏的能力。由于粉末在成型过程中定型时间早,外部压力对其引起变形的可能性很小,且其厚度占总防腐层厚度的比例均在5%以下,所以在这里不考虑粉末对焊道防腐层减薄的影响。因防腐层厚度的均匀性引起焊道防腐层厚度不足的问题也不在本文讨论范围内。

1焊道防腐层减薄的原因

按照钢管防腐过程,焊道防腐层的减薄过程可分两部分:一是成型过程造成焊道防腐层减薄,二是成型后的冷却过程造成焊道防腐层减薄。下面从这两个过程分析焊道防腐层减薄的原因。

1成型过程造成焊道防腐层减薄的原因

在以往实际操作中,主要考虑的是如何克服在成型过程中造成焊道防腐层减薄的不利因素,各防腐厂在这方面都做了很多工作,如降低压辊的硬度,在满足质量的前提下努力减小压辊的压力等。这些方法从理论上说是有良好效果的,在机头上,成型后焊道上PE隆起的视觉效果也是很好的,但成品的实际结果有时很难让人满意。特别是在管端附近,由于托辊的作用,焊道防腐层减薄量应当大于无托辊作用的钢管中间部位的焊道防腐层减薄量,但事实恰好相反,焊道防腐层厚度不足的情况往往出现在距管端较远的中间部位。造成以上结果的原因无疑与成型后的冷却过程有较大关系。

1.2冷却过程造成焊道防腐层减薄的原因

在实际工作中,焊道防腐层厚度不足一般都出现在距管端23 m的中间部位。在机头下观察会发现,无论在管子的任何部位,焊道的PE成型轮廓都是一样的,经过水冷却后,钢管焊道上的PE形状就变了模样,下面就造成上述现象的原因进行分析。

钢管在进入水冷线前,管口对接处的PE被完全切开;进入水冷线后,水在对PE冷却的同时通过管口进入到钢管内部,在管内风的作用下,大部分水被吹到前面的钢管,也有少部分水落在后面的钢管内,但不至于形成水倒流,这少量的水对迅速降低管端一定区域的钢管温度也起到了很大的作用,这样钢管内外同时冷却,比只有外部冷却的冷却速度要快得多。

随着钢管的行进,钢管在进入水冷线后,很快就上了水冷线内的支撑辊道,这时的PE并没有完全硬化,焊道和辊道之间对其形成了较高的压力(相对管体而言),经过水冷线内多个辊道的碾压,焊道上的PE被一次次地减薄。越靠近机头的辊道,其减薄作用越大,PE完全硬化后辊道的碾压就不再使其减薄。这就是管端焊道PE隆起比没有进入水冷线前焊道PE隆起低的原因。

由于进入管内的水只能冷却管端的一定区域,不能冷却距管端较远的部位,因此只能冷却钢管外的PE,PE冷却后才能冷却钢管,冷却速度较慢。由于PE同时受到外侧水的冷却和内侧钢管高温的影响,PE是外硬内软的。而这一部位管子的行进速度和管端是一样的,也就是冷却时间一样,所以在经过辊道的碾压时焊道顶部的PE减薄量比管端更大。变形减薄的过程见图1

图中A是钢管的运行方向,B是辊道对PE施加压力F的运行方向。焊道PE内部较软的部分在F力的作用下向压强较小的焊道两侧C向流动,这部分PE已没有在机头下高温时的弹性,也没有在低温下的刚性,这一流动变形是塑性的,无反弹或反弹量较小。此时PE外侧温度较低,硬度较高,在压力F的作用下,由于内侧PE的减少,其隆起的形状下陷,但其表面不收缩,只是向两侧挤压,辊道碾压过后,在其内应力的作用下向回反弹,呈现出双隆起的形状。由于焊道的形状、旋向、钢管厚度、冷却能力等因素的不同,这种双隆起的现象可能出现,也可能不出现。如果出现,凹陷大都出现在焊道先接触辊道的一侧,也有出现在另一侧的个别现象。这种双隆起的现象,进一步证实了在冷却时,水冷线内的支撑辊道对焊道防腐层减薄的作用。

通过成型后和冷却后焊道PE隆起的现象,分析焊道防腐层减薄的原因,揭示了为什么在夏季焊道防腐层减薄的问题比冬季更加严重的原因,即水的冷却能力的下降。

1.3粘接剂厚度对防腐层减薄的影响

由于粘接剂的厚度占防腐层总厚度的8%以下,并且粘接剂内接粉末外粘PE,减薄变形的阻力较PE要大,在实际工作中基本上也没有因粘接剂减薄而影响到防腐质量的现象,所以在这里不单独讨论粘接剂对防腐层减薄的影响,将其视为与PE一体考虑。

2解决焊道防腐层减薄的方法

通过以上分析可以看出,解决焊道防腐层减薄的主要问题是要解决焊道PE在水冷线中减薄的问题,也就是要解决钢管上水冷线辊道前的冷却问题。围绕这个思路解决或缓解焊道PE减薄的主要措施有:

(1)降低冷却水温;

(2)在能满足质量要求的前提下,让冷却水向机头靠近;

(3)后撤水冷线的第一组辊道,可用接管器与托辊配合的方法来解决钢管之间的错口问题;

(4)将第一组辊道改成活动式,只在管端附近对钢管进行支撑;

(5)降低PE的出口温度;

(6)控制好钢管的温度,不要让钢管中间温度过高;

(7)合理地降低钢管行进速度;

(8)在靠近机头的一个固定位置上,往钢管内侧供水冷却,这是最理想的办法,但操作起来难度较大。

3焊道外形对防腐层减薄的影响

前面所说的都是在涂敷过程中焊道PE减薄的问题。实际上,对焊道PE减薄影响最大的因素是焊道自身的外部轮廓形状。焊缝高度低并较圆滑、凹凸现象较轻,对焊道防腐层减薄影响较小;焊道呈“世”型,且凹凸现象较重,对焊道防腐层减薄影响较大;还有一种中间凸起的三角形焊道,对焊道防腐层减薄的影响更大。

在测量防腐层厚度时是以最薄点为准的。当管体防腐厚度达到标准而焊道防腐层厚度达不到标准时,焊道的各种凸出(无论是整体的或点状的)都是防腐成本提高的重要因素。

4结语

在缠绕式3PE防腐作业中,焊道防腐层的减薄是不可避免的,但其减薄量是可以控制的。关键是要能准确地找到并消除防腐层减薄的主要不利因素,良好的焊道外部形状是减少焊道防腐层减薄的基础。


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