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不锈钢焊管焊接方法的选择及工艺参数的制定

来源:至德钢业 日期:2022-06-03 21:52:15 人气:896

 不锈钢焊管的焊接方法前面已介绍,为了提高不锈钢焊管的生产效率及焊缝质量的稳定性,应根据不锈钢焊管的材质及壁厚合理地选用焊接方法。


一、不锈钢焊管焊接方法的选择


  不锈钢焊管焊接方法选择应根据被焊接不锈钢钢管的材质和壁厚来选择。因为不同的焊接方法,具有不同的电弧热和电弧力,不同的焊接方法具有不同的特性。如,钨极氩弧焊的特点是电流密度较小,电弧燃烧稳定,焊缝成型好,特别适于薄板焊接,而厚板焊接就不是首选;等离子弧的特点是弧柱温度高,能量密度大,等离子弧的挺直度好,其刚性和柔性具有较宽的调节范围,而且工作稳定,但操作起来较复杂;埋弧焊则具有熔深能力和焊丝熔敷效率高的特点,因而焊接速度可以大大提高,焊接成本较低,但劳动条件及环境相对较差。由此可见,不同的焊接方法具有不同的能力和不同的运行成本,根据焊管的材质和壁厚,合理选择焊接方法是保证焊接质量、提高生产率、降低成本的一项非常重要的工作。


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  此外,就是同一种焊接方法,焊接电流的种类及大小、电弧电压、焊接速度、使用的焊接材料等,都对电弧热和电弧力有较大影响。所以,不同的焊接方法,只能适应于不同材料、不同厚度的焊接;如直流钨极氩弧焊只适宜焊接薄壁管,交流氩弧焊只能焊接铝合金薄壁管等。图5-23显示了不同焊接方法,适应于不同厚度的不锈钢焊接的焊接速度的范围。


不锈钢焊管焊接方法的选择和工艺参数的确定,应依据材质和壁厚综合考虑,并要努力达到下述各项的要求:


  1. 确保焊接质量达到相关标准的要求;


  2. 焊接过程要稳定可靠(故障和焊接缺陷少);


  3. 焊接速度要快,即生产效率要高;


  4.焊接成本及消耗是最低的。


上述各条要相互协调配合,不可片面强调某一条,而忽略其他方面,否则将不会达到预期效果。


 从图5-23可以看出,钨极氩弧(TIG)填丝焊,可焊接不锈钢的厚度在0.2mm~4.5mm之间,速度在10cm/min~100cm/min之间。钨极氩弧焊(TIG),可焊接不锈钢的厚度在0.2mm~5.5mm之间,速度在10cm/min~150cm/min之间。


 熔化极氩弧焊(MIG),可焊接不锈钢的厚度在2.0mm~6.5mm之间,速度在35cm/min~110cm/min之间。


 等离子弧焊(PAW),可焊接不锈钢的厚度在2.0mm~8.0mm之间,速度在10cm/min~90cm/min之间。


 因为各种焊接方法都有它的最大输出能量极限,所以,它的可悍厚度也是有限的。因此可根据厚度及生产实际灵活选择,如多种焊接方法的组合焊接等。


厚度在0.5mm~4.0mm之间,可采用TIG焊(仅适用于带钢连续成型焊接机组);厚度≥2mm还可采用PAW焊(适用于带钢连续成型焊接机组和非连续焊接机组);


厚度在1.5mm~4.0mm之间,也可采用多阴极TIG焊(适用于带钢连续成型焊接机组);


厚度在4.0mm~8mm之间,可采用PAW焊一次焊成(适用于带钢连续成型焊接机组和非连续焊接机组);


厚度≥8.0mm,可采用PAW焊打底加其他焊接方法盖面的方式,如TIG焊盖面、SAW焊盖面、药芯焊丝焊盖面等方式(适用于非连续焊接机组)。


 焊接方法及其焊接电流与焊管壁厚的关系见图5-24。


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 另外,将激光焊用于不锈钢焊管也是不锈钢焊管的一个发展方向。



二、焊接工艺参数的选定


 焊接工艺参数的确定是在焊接方法确定之后的又一项非常重要的工作。不同的焊接方法有其不同的工艺参数。


 影响熔池(焊缝)尺寸的因素很多,关系也较复杂,但还是可以通过实践来找出各种因素与焊缝尺寸的关系。有了电子计算机后,也可根据焊接条件算出焊缝和热影响区的尺寸,甚至它们的金相组织和械性能等,但这也是在大量实践积累的基础上,归纳出相关的数学关系式后方可进行的。


 现以埋弧焊工艺为例,说明焊接时各种因素对焊缝尺寸影响的实际规律。


1. 电流、电压、焊速等的影响


 焊接电流、电弧电压和焊接速度是电弧焊焊接工艺的主要参数,是决定焊缝尺寸的主要能量参数。


  a. 焊接电流实


  当焊接电流增大时(其他条件不变),焊缝的熔深和余高均增大,熔宽没多大变化(或略为增大)。这是因为:


  ①. 电流增大后,工件上的电弧力和热输入均增大,热源位置相应下移,熔深增大。熔深与焊接电流近似于正比关系。比例系数(熔深系数)与电弧焊的方法、电极(焊丝)直径、焊接速度、电流大小等有关,见表 5-6 。


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  ②. 电流增大后,焊丝熔化量近似于成比例地增加,由于熔宽几乎不变,所以余高也增大。


  ③. 电流增大后,弧柱直径增大,但是电弧潜入工件的深度增大,电弧斑点移动范围受到限制,因而熔宽几乎不变。焊缝成型系数则由于熔深增大而减小。熔合比亦有所增大。熔化极氩弧焊电流密度高时,会出现指状熔深,尤其焊铝时较明显。


 b. 电弧电压


电弧电压增大后,电弧功率加大,输入工件热的有所增大,同时弧长拉长,电弧在工件上笼罩的半径增大,热量被扩散,因此熔深略有减小而熔宽增大。余高略有减小,这是因为熔宽增大,焊丝熔化量却稍有减小所致。母材的熔合比则有所增大。


各种电弧焊方法,由于焊接材料及电弧介质的组成不同,它们的电弧电压及电弧特性不同,焊接电源的外特性也不相同,因此,电弧电压的选用范围也不一样。为了得到合适的焊缝成型,通常在增大电流时,也要适当地提高电弧电压,也可以说电弧电压要根据焊接电流来确定。


 c. 焊接速度


焊速提高时线能量减小,熔宽和熔深都减小,余高也减小,因为单位长度焊缝上的焊丝金属的熔敷量与焊速成反比,而熔宽则近似于与速度的平方根成反比。熔合比近似于不变。


焊接速度的高低是焊接生产率高低的重要指标之一。从提高焊接生产率考虑,措施之一是提高焊速。要保证给定的焊缝尺寸,则在提高焊速时要相应地提高焊接电流和电弧电压,这3个量是相互联系的。


 大功率电弧高速焊时,强大的电弧力把熔池金属猛烈地排到尾部,并在那里迅速凝固,熔池金属没有均匀分布在整个焊缝宽度上,形成咬边,这种现象限制了焊速的提高。采用双阴极氩弧焊、多阴极氩弧焊和多枪等离子弧焊可进一步提高焊速,并可防止上述现象的产生。


2. 焊接电流的种类和极性以及电极尺寸等的影响


电弧焊的焊接电流种类、极性和熔化极的熔滴过渡形式都会影响到工件上热量输入的大小,也影响到熔滴过渡的情况以及熔池表面氧化膜的去除等。如交、直流钨极氩弧焊在工件上热量输人的大小就不相同,直流正极性的熔深最大,直流负极性的熔深最小,交流介于两者之间;熔化极氩弧焊,目前主要采用直流负极性进行焊接,熔深大,而直流正极性和交流焊接时,效果都不理想。钨极氩弧焊和等离子弧焊在相同的焊接电流下,电弧能量密度是不相同的;就是熔化极氩弧焊,焊接电流大小的不同,熔滴过渡形式(喷射过渡、短路过渡)也不相同。


3. 焊管材质和壁厚的影响


 材料的热物理性能对焊缝成型的影响是,材料的比热容越大,则单位体积金属升温和熔化需要的热量越多,因比,熔深和熔宽都小;材料的热导率大,则熔深、熔宽小,而余高较大;材料的密度大,则熔池金属的排出、流动困难,熔深减小。如铜、铝、钛和钢等的焊接就会遇到上述情况。


 材料的厚度无疑会影响到材料内部的热传导,壁厚越厚,则散失的热量越多,熔深和熔宽都小。但当熔深超出壁厚的0.6倍时,焊缝根部出现热饱和现象反而会使熔深增大。



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