文档介绍：不锈钢高频焊接焊缝质量控制的研究
工程师095班左毅 40930157
一、课题背景
由于不锈钢焊管规格范围宽、性能优良、工艺简单、生产周期短、价格低廉,广泛用于轻工、食品、建筑、机械、石油化工和原子能等领域。在美、日、法等国工业用不锈钢焊管的比例达到60%~70%。随着原子能、石油、化工的发展及海洋的开发,不锈钢焊管的用量在迅速增长,品种、规格也在不断扩大。随着我国化工项目建设规模的逐步增大,实际工程设计和施工中大直径的不锈钢管选用也越来越多[1] 。
不锈钢焊管生产设备轻巧,投资小,建设速度快,焊接方法简便,产品规格范围宽,尺寸精度高、偏差小,内外表面平滑,成材率高,尤其适合薄壁管生产。在大批量生产情况下,特别是薄壁管,焊管制造成本比无缝管大约低20%~30%,焊接制管已成为薄壁钢管生产的主要手段之一,其产量、生产厂及产品应用范围等均已超过无缝钢管。另外随着不锈钢冶炼的脱硫技术、真空精炼技术、热轧技术及焊接技术的改进和发展,不锈钢焊管的质量可以达到无缝管的水平,在许多发达国家,直缝不锈钢焊管正在代替无缝钢管,并逐步用于石油套管、管线输送管、油管和化工管等。美国电站中的热交换器管和U型管也在采用焊接钢管。
近10余年来我国HFW焊管得到了飞速发展,2007年我国焊管总产量2361×104t,约占钢管总产量4224×104t的56%,HFW焊管为1770×104t,约占焊管产量的75%。目前我国大中直径(Φ426~Φ660mm)HFW焊管机组共计30套,总产能600×104t/a,但其中生产高档管线管及石油管的能力不足50%[2] 。由此可以看出,生产大中直径、大壁厚、高钢级的HFW焊管仍有相当的市场发展空间。
目前HFW焊管产品品种、质量已在多方面可与无缝钢管及UOE钢管相媲美。HFW焊管的规格范围也由10余年前的Φ508mm×16mm发展到今天的Φ660mm×[3] 。日本川崎工厂已采用全排辊成型技术及固态高频焊机接触焊成功地生产了X56钢级Φ660mm×[4] ,并应用在萨哈林油气田的长输管线工程上。
但是,不锈钢高频焊管适用领域仍局限在装饰行业,在化工、食品和核工业等领域中的使用还很少。原因在于其焊缝质量达不到相关标准。特别是焊缝耐蚀性较差和焊缝毛刺难清理,不锈钢材质的优点并未发挥出来。对于不锈钢高频焊管焊缝质量控制的研究并不很多,相关工作值得作深入的研究。
二、高频焊接技术
高频焊用于碳钢焊管生产已经有50多年的历史,近年也用于焊接不锈钢管。高频焊接的电源功率较大,对不同材质、外径、壁厚的钢管都能达到较高的焊接速度。高频焊的焊接速度很高,是氩弧焊最高速度的10倍以上,因此,生产一般用途的不锈钢管具有较高的生产率,其生产的经济性使其产品更为广泛地用于建筑装饰、家用器具和机械结构等行业。高频焊可以焊接各种类型的奥氏体不锈钢管,同时,由于新钢种的开发和成型焊接方法的进步,可以焊接铁素体不锈钢AISI409等钢种[5] 。
高频焊接主要是利用高频电流两大特性:趋肤效应和邻近效应。趋肤效应,就是高频电流仅沿导体的表面层流动的性质,这是由于导体内部磁场的作用而产生的。在导体内和导体周围形成的磁力线,是一些位于导体截面上的同心圆。假设导体是由一些单独的细导线组成,作用在离中心线较近的那些细导线上的磁力线