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激光焊接不锈钢管的原因与方法

发布时间:2022-01-16 09:28:41      发布人:  浏览量:

    由于不锈钢管具有耐热、耐蚀的性能,所以在汽车、航空器、食品加工和化学工业获得了广泛的应用。但是,制造这种管子却一直存在一个棘手的问题,即用含铬较高的不锈钢焊成的钢管在以后的冷压成形过程中废品率很高。

    近年来,随着那些关心冷压成形废品率的制管商们开发了激光焊接工艺,这种状况已经开始有所转变。改用激光焊管不仅改善了它的成形性能。同时还带来了其它方面的一些好处。

    为什么激光焊接对不锈钢管制造业有此之大的影响呢?要回答这问题,大家先考察一下不锈钢的特殊性质和最常用的两种焊接不锈钢管工艺的特点:气体保护钨极电弧焊(GTAW)和高频感应焊(1W)

    不锈钢之所以具有令人满意的耐热、耐蚀性能是因为它的含铬量高。但是经过焊接以后,氧化铬和氧化铁层在焊接界面上形成了多孔的、非金属附着物.对于许多应用场合来说,这算不上什么问题,可是,如果这样的焊管随后还要经过较大的变形加工。诸如冷态弯曲、翻边。或者承受较高的内压,则焊缝往往发生开裂.

    一、气体保护钨极电弧焊和感应焊

    GTAW1W工艺是如何产生这些问题的呢?由于GTAW焊接过程相对来说比较缓慢,所以即使有保护气体存在,也会因熔化金属面积较大而使它们暴露于氧中的时间加长。于是在焊接界面,焊缝的正、反面以及相邻的热影响区上形成了氧化膜。GTA焊接的热影响区很宽,这个区域内显微组织的变化会降低材料的成形性能和耐蚀性能。

    当采用高频感应焊接时.感应线圈必须设置在制管机压辊部性的前部,这意味着已经熔化的金属毛坯边缘要暴露于氧气中。这时一般也不加气体保护。此外,由于用冷却剂冷却感应线圈,会有一些冷却剂进入到焊接区。因为接缝是在压辊部件的压力作用下连接在一起的,所以氧化膜和冷却痢等夹杂物会夹在焊缝里.若提高感应焊压辊的压力,能强行挤出氧化膜和冷却剂等夹杂物。然而,总会有一些夹杂物残留下来.在焊接界面上形成孔洞。另外,压辊的压力过大会在焊缝正反面形成飞边。必须采用机械方法加以清除。除掉管外的飞边相对来说简单一些.然而要除掉管内的飞边.却是一件既困难又费时的工作。

    一般来说,高颇感应焊管的焊接速度最高.单位长度的成本最低。但是由于不锈钢毛坯通过高领感应焊接得到的焊今常常绎受不住冷态成形.所以上述的优势就不明显了。高频感应焊不锈钢管在冷态成形时的废品率是相当高的.同时感应焊中使用的冷却剂,也是一项附加的成本。冷却剂还降低了压辊的使用寿命.增加了维修费用。

    二、激光焊接

   激光焊接是如何解决氧化和成形性能这些难题的呢?首先.因为激光束具有较高的能密度和较小的光斑尺寸(0.08-1mm)熔化金属的体积要比GTA焊接来的小.所以,只有很小的表而氧化。再者。因为激光焊接不锈钢管比GTA焊接要快2-3倍,熔化金属氧化的总时间减少了。此外激光焊接产生的热影响区较小,从而也减小了显微组织的变化所带来的影响。

    相对于感应焊而言,关健的工艺变化是激光焊管时的焊接过程是在压辊部件处进行的。这就保证了焊口贴合紧密。同时焊接过程一直处于保护气体的保护之下。因此激光焊管的焊缝基本上消除了氧化和随之引起的孔洞。基于这个原因,激光焊接不锈钢管的冷态成形废品率大约仅有1%。激光焊还不需要切除焊缝的飞边,因为这里的压轧只是用来保证更紧密地贴合,而不是挤出夹杂物。

    三、激光焊所容许的装配公差

    激光焊接通常不使用填充金属,所以焊缝都是由母材金属形成的,这不但有助于保证焊缝强度,还节省了辅助材料的成本。由于不使用填充金属,再加上激光光斑又小,因此,必须要求焊口装配非常紧密。

    那么,激光焊管允许多大的装配公差呢?从运行中的美国和欧洲激光系统所获得的结果来看、对于不带焊接跟踪系统的焊机,必须满足下面的公差要求:

    根部间隙最大0.025mm

    错边误差最大0.025mm

    焊位误差管的横向±0.025mm上下±0.13mm

    四、焊接跟踪的必要性

    不用焊接跟踪系统,目前大址运行中的激光焊管机都能维持上面规定的公差.可是,若这样的焊管机不能始终如一地保证这些公差。那么加上一套跟踪系统还是必要的。无论采用光学方法或机械方法都能对水平和垂直方向的变位加以修正。现,这两种方法都在广泛地使用。

    当考虑使用跟踪系统时一定牢记下面两个因素:第一,光学跟踪系统不存在磨损问题。反应也比机械跟踪灵敏,第二,光学跟踪系统要比机械系统昂贵.对污物和焊接飞溅敏感。

    五、焊接飞溅的消除

    粘附在管内的焊接飞溅会降低耐蚀性。在这方面,同GTAW相比较、激光焊产生的飞溅极小。可是在某些场合下,如果仍嫌激光焊或GTA焊产生的飞溅过多,不妨采用下述两种方法来解决这个问题。

    一种办法是使用价钱比较便宜的石墨。在管坯卷成圆筒之前把石墨喷涂到管坯的内表面上。由于石墨熔点很高,可以起到防护焊接飞溅的作用。在大多数情况下,清除管内石墨这道工序不用另设,因为现今已有90%左右的制管要经过一道后续清洗。

    机械遮护也是减少焊接飞溅附着物的有效方法。可以使用类似于高颇焊中的防护装置。

    六、内圆的整修

    有的场合要求不锈钢管的内圆没有缺陷。对于感应焊的管子,要通过切削或者磨削才能满足要求,而对于GTA焊管,则使用滚压方法加以解决。因为激光焊管不象高频感应焊管那样需要很高的压辊力来拼出夹杂物,所以激无焊接的焊缝几何形状大体上与GTA类似。要想得到平齐的焊缝.采用滚压是十分典型而又唯一的加工方法。假如焊缝几何形状对于使用没有什么影响,而仅仅要提高其耐蚀性,也可以使用喷砂的办法去除焊区的氧化膜。

    由于现行激光器具有结构紧凑、坚固耐用的特点,所以设备的安装非常简单,连续运行时间很长,维护保养也很方便。再加上激光焊接的不锈钢管焊缝质量高.成形性能好,因此促使大批的制管商正在考虑转向激光焊。

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