不銹鋼焊管焊縫熱影響區(qū)的性狀與焊管質(zhì)量密切相關(guān)。通過舉例對不同工藝參數(shù)下焊縫熱影響區(qū)的寬度、金屬流線角度以及金相組織進(jìn)行研究,探求從微觀上有利于穩(wěn)定、提高不銹鋼焊管焊接質(zhì)量的途徑。不銹鋼焊管質(zhì)量主要取決于焊接質(zhì)量的優(yōu)劣,而焊接質(zhì)量不僅與管坯質(zhì)量直接有關(guān),尤其與成型輥孔型設(shè)計(jì),成形工藝調(diào)整,焊接工藝參數(shù)選擇等諸多因素密切相關(guān)。這些因素隨著設(shè)備狀態(tài)與人為調(diào)整而瞬息萬變,僅僅靠目測焊接火花、刨屑狀態(tài)和簡易的擴(kuò)口、壓扁試驗(yàn)等經(jīng)驗(yàn)方法控制,難以保持穩(wěn)定的質(zhì)量。

 浙江至德鋼業(yè)有限公司作為民營企業(yè),在接手原國有企業(yè)的引進(jìn)設(shè)備后,總結(jié)歷史經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),從“質(zhì)量是企業(yè)的生命”的管理理念出發(fā),從強(qiáng)化職工質(zhì)量意識,不斷改進(jìn)設(shè)備,配備更加完善的先進(jìn)檢測設(shè)備入手,力求通過探索焊縫熱影響區(qū)的微觀現(xiàn)象,尋求一條有利于穩(wěn)定、提高不銹鋼焊管質(zhì)量的途徑。

一、焊縫熱影響區(qū)性狀與主要焊接工藝參數(shù)的相關(guān)性

 焊縫影響區(qū)的形狀和寬度與焊接速度、溫度、擠壓力乃至管坯厚度都有密切的關(guān)系。當(dāng)焊接速度不變時(shí),熱影響區(qū)的寬度與焊接溫度成正比(即溫度越高,寬度越大),而與擠壓力成反比(即擠壓力越大,寬度越小);當(dāng)擠壓力不變時(shí),熱影響區(qū)寬度與焊接溫度成正比(即溫度越高,寬度越大),而與焊接速度成反比(即速度越快,寬度越小);當(dāng)焊接溫度不變時(shí),熱影響區(qū)寬度與擠壓力成反比(即擠壓力越大,寬度越小),且與焊接速度也成反比(即速度越快,寬度越小)。由此可見,焊管焊接過程應(yīng)在安全允許范圍內(nèi),充分發(fā)掘焊管設(shè)備的潛力,按管坯壁厚,合理配置感應(yīng)圈位置與開口角的大小,保證有足夠熱量輸出的條件下,逐步提高焊接速度,施以適當(dāng)?shù)臄D壓力,使之形成理想的熱影響區(qū)形狀,并在此狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行,焊接質(zhì)量必能穩(wěn)定提高。

  按照文獻(xiàn)的論述,熱影響區(qū)寬度應(yīng)為管坯厚度的1/4～1/3,熔合線寬度應(yīng)為0.02～0.12mm,金屬流線角應(yīng)在45°～60°之間。而我公司近年來通過大量試樣的試驗(yàn)(包括采用頻繁的壓扁擴(kuò)口試驗(yàn)做對照復(fù)驗(yàn))和對數(shù)百張金相圖片的分析認(rèn)為,熱影響區(qū)寬度可以大于1/3,對于管壁較厚的焊管(壁厚大于5 mm),甚至可以接近壁厚的1/2;金屬流線角也可以略小于45°角,保持在40°以上即可;而相應(yīng)的熔合線寬度也可以略寬一點(diǎn),一般在小于0.14 mm即可。

  表列舉了2種我公司生產(chǎn)的不銹鋼焊管在焊接質(zhì)量合格(如化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織F+P的晶粒度均合格)的情況下,焊縫熱影響區(qū)的寬度、熔合線寬度和金屬流線角度(圖1～圖2)的實(shí)測數(shù)據(jù)。將表中數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)[1]所提供數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,可以說明以上觀點(diǎn)。

二、不同壁厚對焊縫熱影響區(qū)性狀的影響與對策

 1. 不同壁厚對焊縫熱影響區(qū)性狀的影響

  在高頻設(shè)備輸出功率固定的情況下,較薄的管壁在集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)的作用下,鄰近焊合點(diǎn)之前的管坯邊緣的等溫線在斷面上分布較為均勻,因此金屬熔融區(qū)和熱影響區(qū)范圍較小,施以較小的擠壓力便足以排除熔渣并合理焊合,形成較窄的、理想的熱影響區(qū);而對于較厚的管壁,管坯邊緣的等溫線在斷面上分布則范圍較廣,當(dāng)中性層達(dá)到焊接溫度時(shí),棱角處已局部過燒。不同壁厚焊合點(diǎn)等溫線示意參見圖3。

  顯而易見,越接近焊合點(diǎn)溫度越高,而當(dāng)管壁較厚時(shí),一則,由于管坯邊緣在高頻電流特有的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的作用下,中性層尚未達(dá)到焊接溫度時(shí)其棱角部分可能出現(xiàn)過熱現(xiàn)象,而為了實(shí)施合理的焊接,必須使熔融區(qū)變寬,才能使中性層得以合理焊合,其結(jié)果必然使熱影響區(qū)相應(yīng)增寬,棱角部分可能產(chǎn)生過燒;二則,盡管人們都在追求焊接時(shí)管坯兩邊盡可能平行狀態(tài)接觸,并為此在成型輥設(shè)計(jì)與擠壓力調(diào)整方面想了很多辦法,但在實(shí)踐中,由于管壁越厚其變形應(yīng)力越大,回彈現(xiàn)象也越大,尤其在生產(chǎn)厚壁小直徑焊管時(shí)這種現(xiàn)象更明顯。實(shí)際上進(jìn)行厚壁管焊合時(shí),往往是管壁內(nèi)側(cè)先接觸,這就是厚壁管金屬流線角易產(chǎn)生沿壁厚內(nèi)外兩側(cè)不對稱的原因所在。而這種不對稱只要不很嚴(yán)重,且角度不小于40°,仍能保證焊縫質(zhì)量,只要擠壓力能將過熱的魏氏組織與熔渣擠出到毛刺中,即可達(dá)到保證質(zhì)量的目的,而不必刻意追求熱影響區(qū)必須達(dá)到壁厚的1/4～1/3。

 2. 解決措施

 在厚壁管工藝調(diào)整時(shí),感應(yīng)圈的位置應(yīng)適當(dāng)后移,使加熱時(shí)間加長;適當(dāng)?shù)販p小V形開口角,以增加鄰近效應(yīng),從而使負(fù)載回路中的高頻電流高度集中,加熱效率可顯著提高;同時(shí)適當(dāng)增大擠壓力,有效地防止回流夾雜,以確保焊接質(zhì)量。

  為了解決厚壁管在焊接中出現(xiàn)的弊端,可以采取以下4種措施: ①. 當(dāng)排輥成型機(jī)組只有一架預(yù)彎輥的情況下,在設(shè)備布局允許時(shí),可增加一架預(yù)彎輥; ②. 縱剪鋼帶時(shí)對鋼帶進(jìn)行合理排布方向卷取,即把相鄰兩條帶鋼以相反方向卷取,以求使每條鋼帶都能以正梯形斷面進(jìn)入成型機(jī),使焊接前兩邊緣更易趨于平行; ③. 擠壓輥設(shè)計(jì)時(shí),考慮使管坯在焊合點(diǎn)處近于微扁圓形,給管坯兩側(cè)邊留有趨于平行的空間; ④. 在成型機(jī)前加設(shè)刨、銑裝置,使鋼帶在進(jìn)入成型機(jī)前將兩側(cè)邊的棱角先行刨、銑,避免其在焊接過程中因棱角過燒而影響焊接質(zhì)量。

三、結(jié)語

  不銹鋼焊管焊接熱影響區(qū)形狀與焊接工藝參數(shù)的選擇密切相關(guān),不同壁厚的焊管,其焊接熱影響區(qū)寬度與金屬流線允許有一定差異。當(dāng)t/D比值增大時(shí),應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)手段,尋求合理的熱影響區(qū)性狀,有利于穩(wěn)定、提高不銹鋼焊管質(zhì)量。