焊接钢管压扁试验开裂原因分析

摘 要：作为钢铁生产和需求大国，钢材质量的好坏直接影响各行各业的建设和发展。钢管作为建筑构建的基本建材，一般通过焊接压扁试验、力学拉伸试验和高温疲劳试验等测试手段，检验焊接钢管质量水平的高低。其中焊接钢管压扁试验是检测较为准确的手段之一，可以快速得出检验结果，通过观察压扁后钢管的开裂和形变程度，进行定量检测分析。然而，在实际检测的过程中对于焊接钢管压扁试验性能测试中开裂的程度不同，需要进一步探究原因，指导钢管生产和锻造，进而不断提升我国钢管制备控制工艺水平。

关键词：钢管焊接；压扁试验；原因研究；开裂分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.035

随着我国能源工业的快速发展，钢管在我国油气运输、生活污水收集、城市给水排水工程以及机械设备制造等方面应用越来越广泛。为了充分满足不同行业钢管应用不同的物理和化学性能要求，生产抗震、抗压、抗裂的特种需求钢管，在进行焊接钢管压扁试验过程中，发现钢管存在不同程度的开裂现象，导致钢管销售量急剧下降，严重阻碍了相关行业的发展与进步。本文浅析了影响钢管压扁试验结果的因素，针对焊接钢管压扁试验开裂的具体原因，提出了相应的解决策略。

1 影响焊接钢管压扁试验结果的因素

1.1 钢管材料质量的影响

焊接钢管的压扁试验结果对于钢管物理、化学等综合性能指标的评价意义重大。对于结果的准确性是由钢管材料质量决定的，所以对于压扁试验结果影响最大。钢管一般根据碳含量的不同称为生铁、熟铁和钢铁。其中生铁的碳含量最高，约占整体质量的4%左右。生铁在压扁试验过程中容易断裂，因此，其强度和柔韧性较差。熟铁的碳含量降低2%左右，具有一定的延展性，容易加工，在压扁试验测试中，容易出现局部开裂。钢铁一般不开裂。

1.2 压扁试验装备的影响

对于焊接钢管压扁试验，不同地区采用的试验装备不同，压扁试验处理方法存在一定的差别。目前，较为普遍的压扁焊接钢管测试是采用两端压扁法，通过万能试验机或压力拉伸机，对于焊接钢管试样的两端进行开裂试验。然而，一些地区采用焊接钢管中端压扁试验测试，这就使得不同挤压量和挤压部位的差异引起压扁试验结果的不同。经过调查发现，采用德国或日本制造的压扁试验装备检测结果更趋于真实值，检测方法简单高效。

1.3 压扁试验人员操作的影响

压扁试验人员操作对于焊接钢管试验结果的影响主要由两个方面产生：一方面，压扁装备操作人员素质和能力不同。对于操作能力较强的人员，获得的焊接钢管压扁试验结果越准确，对于试样的选择更具代表性，可以科学评价焊接工艺水平和钢管生产制造水平。另一方面，操作不规范引起的结果误差。具有相同水平的压扁试验检测人员，由于压扁试验设计的操作顺序较多，不同的操作习惯对于焊接钢管的试验结果影响较为明显。

2 焊接钢管压扁试验开裂的具体原因探究

2.1 焊接钢管材质差别大

钢铁根据不同的锻造温度分为体心立方晶体结构的α铁、面心立方晶体结构的β铁和体心立方双锥晶体结构的γ铁。我们对于不同开裂程度的焊接钢管材质进行检测分析发现，α铁开裂程度最大，开裂断面成纵裂纹；β铁也存在一定的开裂现象，但是裂纹成横向分布；钢铁中γ铁的成分比重越大，开裂程度越小，对于钢管的整体性能提升越有益。

2.2 焊接钢管中存有杂质

对于一些钢材材质较好的钢管开裂原因探究发现，断面层含有一定含量的硫化物或氯化物。而硫化物杂质普遍存在与开裂钢管中，由于其属于钢铁内部杂质，在进行压扁试验过程中，由于需要高温测试，嵌入内部的硫化物会析出，将其余部分的铁共同体隔开，在冷却后形成裂纹。同时，硫与铁在相同温度下膨胀收缩系数不同，通过开裂释放内在应力。

2.3 钢管焊接条件控制弱

经过实际分析，钢管焊接条件控制水平直接影响开裂与否及开裂程度的强弱。由于钢管焊接是在一定温度下进行的，温度的高低对于焊缝的质量影响重大。焊接钢管温度过高，致使钢管焊缝处钢铁熔化面积增加，在进行压扁试验时，可承受的压力大大降低，容易出现开裂现象。除此之外，焊接时挤压量也对压扁试验开裂与否有关。

3 解决策略

3.1 完善钢管生产工艺控制

对于焊接钢管的压扁试验方案的选择，要以性能需求为导向，严格控制钢管生产工艺，从源头提升钢管的物理化学性能，减少焊接钢管在压扁试验的开裂机率。一方面，加强钢管成分的比例混合研究。通过不同材质成分的结果建立相应的物理化学性能指标，为日后开展压扁试验提供科学标准。一方面，提升钢管的锻轧工艺水平。及时采用先进的钢材生产设备和工艺。

3.2 加强钢管中杂质预处理

对于杂质引起的焊接钢管出现的开裂，可以通过化学处理法，加强杂质前期处理。首先，在選矿时，进行成分分析，及时利用氧化还原或高温煅烧去除硫化物和氯化物。其次，在炼铁时，加强钢铁成分的检测力度，在处理过程中，及时将杂质去除。最后，钢铁在成型时，要避免引入其他杂质。可以充分利用硫化物和氯化物的化学特性，有针对性的选择去除工艺。

3.3 提升钢管焊接工艺水平

前文已经提到，焊接工艺水平的高低也会直接影响在进行压扁试验过程中是否开裂。一方面，优化现有的焊接技术，根据性能指标和实际需求，建立完善的钢管焊接工艺解决方案。一方面，加大焊接条件的精确控制。根据焊接技术现状，实现焊接温度和焊接挤出量的科学控制，保证焊接处不会因为外界受力而开裂。进而提升焊接钢管的耐压能力和可加工能力。

4 结论

钢管应用在钢材市场上发挥着重要作用，钢管焊接压扁试验检测分析，有利于进行开裂原因探究。希望通过本文，读者对于焊接钢管压扁试验中开裂有一个系统的认知，根据影响钢管性能的因素和开裂具体原因，合理采取改进措施，提升钢管焊接和制造水平。

参考文献：

[1]冯敏.Q235B在ERW钢管生产中压扁试验开裂的原因分析[J].中国科技纵横，2014（11）.

[2]王伟勋.焊接钢管压扁试验开裂原因分析[J].南方金属，2015（06）.

作者简介：刘星娟（1969-），女，山东安丘人，大专，研究方向：机械设计。