高频焊管的焊接工艺分析.docx

高频焊管的焊接工艺分析赵卫东(邢台县产品质量监督检验所 , 河北 邢台054000)摘要 : 介绍了高频焊管对焊接工艺的要求 , 提出了有关工艺及技术参数 。关键词 : 高频焊管 ; 焊接 ; 工艺中图分类号 : TG 448文献标识码 : B文章编号 : 1006 - 5008 ( 2007) 04 - 0085 - 02W ELD IN G PRO C ESS ANAL YS ISFO R H IGH - FR EQ EN C Y W ELD IN G P IPEZHA O W e i - dong( P roduc t Q ua lity S up e rv iso ry and C heck Ins titu te of X ing ta i C oun ty, X ing ta i, H ebe i, 054000 )A bs trac t: The dem and to w e ld ing p rocess of h igh - f requency w e ld ing p ip e is in troduced, som e re la ted p a2ram e te rs p rop osed.K ey W o rds: h igh - f requency w e ld ing p ip e; w e ld ing;p rocess前言焊接工艺作为焊管生产的一个重要环节 , 对焊 管质量起着重要作用 , 焊接不好就会使管子报废 。 本文对高频焊管及其焊接工艺参数进行分析 。1高频焊管及其焊接工艺参数( 1 ) 生产不同规格时 , 焊接脚的间 隙与 挤 压 辊中心的距离 。采用高频接触焊时 , 是充分利用了 高频电流的集肤效 应和 邻近 效应 的 特性 进行 焊 接 的 。高频焊接时 , 电流 除 大量通过最短的 V 形负 载回路外 , 还有部分电流沿着管背流动 , 形成管背 分流 。这是焊接时所不需要的电流负载 , 形成电流的无功损失 。为了减少其管背分流的损失 , 除了在 管坯内增设阻抗外 ; 对焊脚的间隙及距挤压棍中心 的距离提出一定的要求 , 同时 , 为了保证焊合线的 宽度 , 并把热影响区控制在最小的宽度范围内 , 达 到理想的凹鼓形双曲线状的正常焊接状态 。焊脚距挤压辊中心的距离见图 1、表 1, 焊脚间隙与管壁 的关系见图 2、表 2。2图 1 高频焊管焊脚尺寸示意表 1焊脚距挤压辊中心的距离m m规格ba121719102514311825252929119119212212 5018 29 212 图 2 焊缝及其尺寸关系收稿日期 : 2007 - 04 - 2085总第 160 期H EB E I YEJ IN表 2 管厚焊脚间隙的关系m m线发生畸变 , 形成管子开裂 。( 4 ) 焊接 温 度 、速 度 、挤 压 力 、开 口 角 的 关 系及控制 。在焊接过程中 , 控制合适的焊接温度是 很重要的 。如果输入焊接热量不足 , 就会出现低温 焊接 , 管坯两个待焊边缘只能达到局部熔化 , 使之 在塑性状态下进行 。氧化物难以排出焊缝 , 产生质 量缺陷 。如果焊接输入热量过大 , 会使焊接边缘出现过 多的熔化金属 , 在压力正常的情况下 , 由于溶化区 过宽 , 也很难将氧化物排出焊缝 。一般低碳钢合适 焊接温度在 1 380 1 550 。管坯边缘的熔化金 属 , 经过挤压使熔化的金属和形成的氧化物一起从 焊缝中挤出 。因此 , 焊接温度是影响焊缝质量的因 素 。而温度 、速度 、挤压力三者又互相影响 ; 随着 焊接速度 的 增加 , 焊接 温 度降 低 , 使 金 属 塑 性 下 降 , 压力增加 。反之 , 焊接速度降低 , 温度升高 , 金属塑性增高 , 压力降低 。焊接时所需要的最低温度取决于在一定的压力 下 , 焊接截面上的金属夹杂物能否容易被挤出 , 使两边缘粘合牢 , 而最低压力必须保证焊缝牢 , 排出整个截面上的氧化物 。管坯焊接时 , 管坯边缘暴露在空气中加热 , 不 可 避 免 的 要 造 成 表 面 氧 化 。而 氧 化 铁 皮 熔 点 在1 3501 420 左右 , 当焊接温度低于熔点时 , 氧 化铁皮仍是固相 。若挤压力较小时 , 氧化物难以排 除出焊缝隙 , 部分残留在焊缝中 , 这样的焊缝质量是不良的 。测 水 压 时 , 易 产 生 点 裂 。对 不 同 的 钢 种 、规格厚度 , 应采取相适应的焊接温度 。目前生产中 , 先进的测温手段 , 只在少数机组使用 , 所以采用目测方法 :( 1 ) 焊缝会合处的高度 。( 2 ) 切除毛刺的颜色及形状的卷曲 状 态 。一 般毛刺的颜色应是红橙色 , 毛刺的宽度对于 1217m m 和 1910 m m 焊管为 3 m m 左右 , 对于 2514 m m管为 4 m m 左右 。毛刺冷却后 , 观察毛刺的形状 ,毛刺的两缘应平滑 , 不能有锯齿状 , 同时 , 毛刺不 能分岔 , 并保持毛刺一面光滑 , 另一面呈细小的颗粒状 。如果毛刺呈锯齿状 , 且一方呈大的颗粒状 ,说明焊接温度过高 , 速度太慢 , 焊缝易形成针孔漏 水 , 降低焊缝强度 。毛刺的卷曲速度应均匀 , 短带 生产时 , 不能堆粘刨 。( 3 ) 焊接时要有火花喷溅 , 并且呈均 匀的 抛 物线状 。火花喷溅 , 时有时无 , 时大时小 , 说明焊焊接时 , 应尽量缩短两级间的距离 , 电极距挤压辊 中 心 线 的 距 离 , 在 生 产 2514 m m 以 下 管 时 , 一般等于管的外径的 112115倍 。如果距离太长 , 有效加热时间会增长 , 热影响区会加宽 , 从而降低了焊缝的强度及焊接速度 , 影响焊接质量 。但如果 距离太短 , 则有效加热时间缩短 , 边缘加热不足 , 也会使焊缝的强度降低 。一般对于生产小直径管 , b 值应稍小于其外径值 。生产薄壁管时 , b 值取小 些 , 生产厚壁管时 , b 值取大些 。( 2 ) 安装挂角和焊脚的要求 。为了 充分 利 用 高频电流 , 不致于大量高频电流消耗在输出变压器及挂角上 , 安 装 挂 角 时 , 首 先 要 用 铜 螺 丝 , 铜 压 板 。变压器与挂角接触的地方 , 一定要研磨或打磨干净 , 形成面接触 , 减少挂角的发热 。同时对其使 用提出要求 : 焊接脚的伸出部分 , 其长度应保持在2030 m m , 不宜过长 , 过长则冷却不佳 , 焊接脚容易发热 、发红 、温度升高 , 易于磨损烧化 ; 使用 焊脚时 , 要有足够的冷却水 , 减低焊脚的温度 ; 保持焊脚与管坯待焊边缘的对中位置 ; 保持焊脚与管 坯待焊边缘接触时有一定的压力 ; 由于焊脚导电 , 易发热 , 不耐磨损 , 使用一段时间后 , 极易包住管坯增加无功电流的消耗 。为了防止这种缺陷 , 须将 焊脚的外侧打 4 5 m m 宽约 30 的坡口 , 坡口最深处约 115 mm 左右 。( 3 ) 对焊合线 , 热影响区的宽度工 艺要 求 和 参数 。最佳焊接结果的焊接过程 , 除了必须使带钢边缘上有足够的金属变为液态 , 以便得到好的熔合结果 ; 再则就是在焊缝处呈现出溶化物体及其到热 影响区的两条熔合线 。实践证明 , 熔化物本身和熔化线如果出现畸变 , 就会导致焊缝质量不良 。焊台线的宽度一般为 01020112 mm , 随着带 钢材质的不同及频率的高低变化 。热影响区宽度为0144 m m 。从焊接区横切面来看焊缝金属的流线 状态 , 通常把凹形双曲线状的焊接区视为正常的焊 接状 态 。其 腰 部 的 宽 度 是 该 管 壁 厚 的 三 分 之 一(图 2 a ) , 图 2 b 说明 , 输入热量过大 , 挤压力过小 时 , 熔化线发生畸变 , 氧化的金属夹杂物不能完全排出焊缝 , 使 焊 缝 质 量 降 低 , 强 度 下 降 , 韧 性 减弱 。图 2 c 输入热量过小 , 挤压力也小 , 形成低温 焊接 , 带钢边缘局部熔化 , 难以排除氧化物 , 熔化86接不正常 , 不稳定 。(下转第 62页 )管材壁厚焊脚间隙管材壁厚焊脚间隙1. 0 1. 21. 5 1. 52. 75 3. 24. 0 3. 25. 0 4. 2总第 160 期H EB E I YEJ IN的这种开裂是韧性断裂 。孔洞发源处聚集有大量的球形非金属夹杂物 , 直径一般为 115410 m , 能裂纹的发生和发展与表面上的轻微机械划痕 (A 箭头所指处 ) 没有明显的因果 关 系 。从 表皮 的开 裂 处可见在皮下分布着大量的圆形 、椭圆形颗粒 , 对 其进行能谱分析 , 为含 S i, M n 夹杂物 。谱测定 (照 片 中 圆 形 、椭 圆 形 物 质 )M n 元素 (图 3 ) 。是 含 有S i,检验结果分析检验结果表明 , 钢带上的空洞是由于钢带内非 金属夹杂造成的 。在 CS P 投产之初对热轧薄带和薄板坯的检验发现 : 带钢内的夹杂物在靠近上下表面有较多的分 布 , 这和厚连铸坯的分布有所不同 。这些夹杂物直 径小 , 通常硅酸盐和复合夹杂物为主 , 而且直径很 小一般在 110 6010 m 之间 。有些伴生在微小的 皮下气泡附近 , 正常生产过程中 , 用常规的夹杂物 评定方法和检验标准进行检验往往达不到对实物质 量的控制要求 。但是这些微小夹杂物的一定量的集 聚对钢带的危害是很明显的 , 严重的甚至在热轧钢带上就可以引起的微小夹皮缺陷 。对试样进行电镜 检验发现 : 直径不足 2 m 的球形硅酸盐夹杂物就 可以引起带钢机体的微裂纹而形成裂纹源 。带钢在 冷轧过程中 , 随 着 加 工 硬 化 和 加 工 应 力 的 不 断 增 加 , 这些集中分布夹杂物周围产生的附加应力的共 同作用 , 以及夹杂物对机体的分隔作用 , 使钢带表 面首先破裂 , 形成空洞 。4图 3 孔洞裂纹源处放大将凹坑内表面放大 , 可见到凹坑实际是钢板断 裂前的厚度减薄区 , 即另一个孔洞的发源区 , 只是由于和前一个孔洞距离太近 , 当前面的孔洞开裂后 释放了部分应力才使其保留下来 。凹坑内的形态保 存了钢带开裂前的大量原始信息 (图 4 ) 。5结语在生产 供 冷 轧 (特 别 是 生 产 薄 规 格 和 超 薄 规格 )用 原 料 时 , 除 了 要 控 制 夹 杂 物 的 形 态 和 大 小外 , 还应研究夹杂物的分布 , 避免夹杂物的集中和 聚集 , 在炼钢和连铸过程中应对夹杂物进行控制 。图 4 凹坑内表面放大在电镜下显示 , 凹坑内存在大量龟裂纹 ,这些(上接第 86页 )均会给焊缝质量带来不良影响 ,缝出现针孔状漏水 。 焊接压力要根据不同规格 ,形成假焊开裂或焊证明 , 采用平引形的相接较好 。接触状态的选择与孔型上部的半径有关 , 为了提高焊接质量 , 一般多 采用双半径孔型设计 (挤压辊 ) , 其作用主要是使 靠近焊缝部分的管形局部是平椭圆形 , 使焊接压力 沿壁厚上 、下均匀分布提高焊接质量 。焊接温度 、焊接速度 , 使用 最 佳 的 焊 接 压 力 。一