对接接头的应力集中主要是焊缝余高引起的，对接接头的焊缝，其焊趾处的应力最大。
应力集中系数的大小取决于焊缝余高h、焊趾处夹角θ和转角半径r。焊缝余高h增加,则θ角增加,r值减小,会使应力集中系数增大。焊缝的余高愈大,应力集中程度愈严重,焊接接头的强度反而会降低。焊后削平余高,只要不低于母材,减少应力集中,有时反而可以提高焊接接头的强度。作业时如采用环氧树脂玻璃布进行防腐,外焊缝余高大,将使焊趾处不易压牢。同时,焊缝越高则防腐层就越应加厚,因标准规定防腐层的厚度是以外焊缝的顶点为基准测算的,这就加大了防腐成本。
螺旋埋弧焊时往往容易出现“鱼脊背形”的外焊缝,这就更难保证防腐的质量。因此,调整好焊头的空间位置和焊接规范,减少或消除“鱼脊背形”的外焊缝也是很重要的。直缝埋弧焊管在水压扩径时,是通过内腔与钢管扩径尺寸一致的左、右2部分外模将钢管包住的。因此,焊缝的余高过大,在扩径时焊缝承受的剪应力就大,焊缝两侧就易出现“小直边”现象。但经验证明,当外焊缝的余高控制在2mm左右时,水压扩径时不会出现“小直边”现象,管形不会受到影响。这是因为外焊缝的余高小,焊接接头所承受的剪应力也小。只要这种剪应力在弹性变形范围内,卸载后产生回弹,管子就会恢复原状。
输送用埋弧焊管内表面若未做涂层防腐处理时,其内焊缝的余高大,则对输送介质的摩擦阻力也大,由此将使输送管线的能耗增加。对于壁厚大于14.3mm的钢管,应开X形坡口并预焊。如预焊条件不成熟,则应在内焊后用气刨清根,或砂轮自动磨削清根,或铣削清根等方法,将外焊缝在未焊之前加工成U形槽再进行焊接。检查焊接线能量是否合适,一般用焊接接头的酸蚀样来检查。一是检查内外焊缝的重合量的程度,二是检查焊道腰部的宽窄。对重合量的规定一般是大于1.5mm,但笔者认为内外焊缝的重合量以1.3～3.0mm较合适,若超过3.0mm就说明线能量大了。线能量大,不仅仅是熔深大,而且焊缝余高也大,如不开坡口或U形槽,焊缝余高就更大。这是因为焊接线能量越大,单位时间内熔化的焊丝必然增加。对于高强钢,焊接的线能量更应严格控制。焊接高强度钢板时,为了降低每层的线能量,一般采用多道焊(2道以上),且应使焊缝的形状系数在1.3～2.0 mm内。
采取多丝焊时,如原外焊三丝直径的匹配是4mm+3.2mm+3.2mm(DC-AC-AC),则前丝改为Ф3.2mm较好。因为在采用相同电流的情况下,使用Ф3.2mm的焊丝比使用Ф4mm的焊丝熔深大。也就是说,前丝采用Ф3.2mm的焊丝,即便降低一些线能量,也可以达到采用Ф4mm时同样的熔深效果,这是因细丝比粗丝的电流密度大所致。经验证明,在其他条件不变的情况下,采用Ф3.2mm的前丝要比Ф4 mm的前丝熔深大20%左右。这在外焊不开坡口或不刨凹槽时所减少的外焊缝余高效果更明显。但是,当焊接壁厚大于14.3mm的钢管而需要前丝电流在1000A左右时,应采用Ф4 mm的前丝,否则就可能影响到电弧的稳定燃烧。螺旋埋弧焊管在内焊时应调整好内焊头的位置,尽量减少或消除“马鞍形”内焊缝;在外焊时,也应调整焊头的空间位置,尽量减少或消除“鱼脊背形”的外焊缝,这主要是靠对外焊焊点的偏中心值调整来实现。不同口径的螺旋焊管,其外焊焊点的偏中心值是不同的。
(1)对于埋弧焊管的对接焊缝,一是余高要小,二是要使焊缝圆滑过渡以及焊缝的转角半径要大,否则在焊缝应力集中部位的焊趾处就会产生应力腐蚀裂纹。埋弧焊缝的余高控制在2.5mm以下较为合适。
(2)螺旋埋弧焊管在内焊时,要精心调整好内外焊缝的空间位置,使其内焊缝尽量减少和避免出现“马鞍形”,外焊缝不出现“鱼脊背形”。建议在制定输送用螺旋焊管标准时,对内焊缝的“马鞍形”应有相应的规定。
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