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        « 適應(yīng)更高溫度的不銹鋼管不銹鋼管的安裝工藝 »

        不銹鋼管的焊接

        不銹鋼管的焊接

        材料加工方面的進(jìn)步為不銹鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域帶來了獨(dú)特的機(jī)遇。典型的應(yīng)用包括了排氣管、燃料管、噴油嘴和其他組件。

        在生產(chǎn)不銹鋼管時(shí),先成形扁平的鋼帶,隨后使得其外形成為圓管狀。一旦成形后,管子的接縫必須被焊接到一起。這個(gè)焊縫很大程度上影響了零件的可成形性。因此,若要得到能夠滿足制造業(yè)內(nèi)嚴(yán)格的測試要求的焊接外形,選擇合適的焊接技術(shù)就極為重要。無庸置疑,鎢極氣體保護(hù)電弧焊(GTAW)、高頻(HF)焊,以及激光焊接已經(jīng)在不銹鋼管的制造中各自得到了應(yīng)用。

        高頻感應(yīng)焊

        在高頻接觸焊和高頻感應(yīng)焊中,提供電流的設(shè)備和提供擠壓力的設(shè)備是相互獨(dú)立的。此外,兩種方法都能使用磁棒,它是軟磁性元件,被置于管體內(nèi)部,它有助于在鋼帶邊緣匯聚焊接流。

        在這兩種情況下,鋼帶被切割并清理后,被卷起,然后送到焊接點(diǎn)。另外,對(duì)在加熱過程中使用的感應(yīng)線圈進(jìn)行冷卻使用了冷卻劑。最后,一些冷卻劑將被用于擠壓過程。這里,在擠壓滑輪上作用了很大的力,以避免在焊接區(qū)域產(chǎn)生多孔性;然而,使用了更大的擠壓力將導(dǎo)致毛刺(或者焊珠)增多。因此,特殊設(shè)計(jì)的刀具被用來清除管子內(nèi)部和外部的毛刺。

        高頻焊接過程的主要優(yōu)勢之一是,它能夠?qū)︿摴苓M(jìn)行高速加工。然而,在大部分固相鍛接中存在的典型情況是,高頻焊接的接點(diǎn)若使用傳統(tǒng)非破壞性技術(shù)(NDT)不容易進(jìn)行可靠的測試。焊接裂縫可能在低強(qiáng)度連接處的平薄區(qū)域出現(xiàn),這種裂縫使用傳統(tǒng)方法無法檢測出來,因而在一些高要求的汽車應(yīng)用中可能缺乏可靠性。

        鎢極氣體保護(hù)電弧焊(GTAW)

        傳統(tǒng)上來看,鋼管生產(chǎn)廠選擇將鎢極氣體保護(hù)電弧焊(GTAW)完成焊接過程。GTAW在兩個(gè)非消耗性的鎢電極之間產(chǎn)生了一個(gè)電焊弧。同時(shí),從噴槍中導(dǎo)入惰性保護(hù)氣體,以屏蔽電極、產(chǎn)生電離化的等離子體流,以及保護(hù)熔化的焊池。這是一個(gè)已經(jīng)確立了的,并已被人們理解了的過程,它將可重復(fù)完成高質(zhì)量的焊接過程。

        這一工藝的優(yōu)勢在于可重復(fù)性,焊接過程無濺出物,并且消除了多孔性。GTAW被認(rèn)為是一個(gè)電傳導(dǎo)的過程,所以,相對(duì)來說,過程比較緩慢。

        高頻電弧脈沖

        近年來,GTAW焊接電源,又稱為高速開關(guān),使得電弧脈沖超過10,000Hz。鋼管加工廠的客戶最先受益于這一新技術(shù),高頻電弧脈沖導(dǎo)致了電弧向下的壓力與傳統(tǒng)GTAW相比大了五倍。所帶來的具有代表性的改進(jìn)特性還包括:爆破強(qiáng)度被提高,焊接線速度更快,廢品減少。

        鋼管生產(chǎn)廠的客戶很快發(fā)現(xiàn),此焊接工藝得到的焊接外形需要減小。此外,焊接速度還是相對(duì)較慢。

        激光焊接

        在所有的鋼管焊接應(yīng)用中,鋼帶的邊緣被熔化,當(dāng)使用夾緊支架把鋼管邊緣擠壓到一起時(shí),邊緣發(fā)生凝固。然而,對(duì)激光焊接來說,特有的性質(zhì)是它具有高能量的光束密度。激光光束不僅熔化了材料的表層,還產(chǎn)生了一個(gè)匙孔,以至焊縫外形很窄。

        功率密度低于1MW/cm2的話,如GTAW技術(shù),就產(chǎn)生不了足夠的能量密度以產(chǎn)生匙孔。這樣,無匙孔的工藝得到的焊接外形寬且淺。激光焊接的高精度帶來了更高效率的穿透,這又減少了晶粒生長,帶來更好的金相質(zhì)量;另一方面,GTAW更高的熱能輸入與較慢的冷卻過程導(dǎo)致了粗糙的焊接結(jié)構(gòu)。

        通常來說,人們認(rèn)為激光焊接過程比GTAW快,它們有同樣的廢品率,而前者帶來更好的金相特性,這就帶來了更高的爆破強(qiáng)度和更高的可成形性。當(dāng)與高頻焊接相比時(shí),激光加工材料過程不發(fā)生氧化,這就使得廢品率更低,可成形性更高。

        光斑尺寸的影響

        在不銹鋼管廠的焊接中,焊接深度是由鋼管的厚度決定的。這樣,生產(chǎn)目標(biāo)就是通過減小焊接寬度來提高可成形性,同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的速度。在選擇最合適的激光時(shí),人們不能只考慮光束質(zhì)量,還必須考慮軋管機(jī)的準(zhǔn)確性。此外,軋管機(jī)在尺寸上的誤差起作用以前還必須先考慮減小光斑時(shí)受到的限制。

        在鋼管焊接中特有的尺寸上的問題很多,然而,影響焊接的主要因素是,在焊接盒(更具體的說,是焊接卷)上的接縫。一旦鋼帶經(jīng)過成形加工準(zhǔn)備進(jìn)行焊接時(shí),焊縫的特徵包括了:鋼帶間隙、嚴(yán)重/輕微的焊接錯(cuò)位、焊縫中線的變化。間隙決定了要用多少材料來形成焊池。壓力太大將導(dǎo)致鋼管頂部或者內(nèi)徑材料過剩。另一方面,嚴(yán)重或者輕微的焊接錯(cuò)位會(huì)導(dǎo)致焊接外形不佳。

        此外,經(jīng)過焊接盒之后,鋼管將被進(jìn)一步修整。這包括了尺寸調(diào)整和形狀(外形)上的調(diào)整。另一方面,額外的工作能夠去除一些嚴(yán)重/輕微的焊接缺陷,但是可能無法全部清除。當(dāng)然,我們希望實(shí)現(xiàn)零缺陷。一般來說,經(jīng)驗(yàn)法則是焊接缺陷不要超過材料厚度的百分之五。超過這個(gè)數(shù)值,將影響焊接產(chǎn)品的強(qiáng)度。

        最后,焊接中線的存在對(duì)于高質(zhì)量不銹鋼管的生產(chǎn)來說是很重要的。隨著汽車巿場對(duì)可成形性的日益重視,與之直接相關(guān)的就是需要更小的熱影響區(qū)(HAZ),并且減小焊接外形。反過來,這就促進(jìn)激光技術(shù)的發(fā)展,即提高光束質(zhì)量以減小光斑尺寸。隨著光斑尺寸不斷變小,我們需要更多的關(guān)注于掃描接縫中線時(shí)的精確度。一般來說,鋼管制造商會(huì)盡可能的減小這個(gè)偏差,但是實(shí)際上,要達(dá)到0.2mm(0.008英寸)的偏差是很困難的。

        這帶來了使用焊縫跟蹤系統(tǒng)的需要。最普遍的兩種跟蹤技術(shù)是機(jī)械掃描和激光掃描。一方面,機(jī)械系統(tǒng)使用了探針來接觸焊接池的接縫上游,它們會(huì)沾灰,磨損和振動(dòng)。這些系統(tǒng)的精確度是0.25mm(0.01英寸),這對(duì)于高光束質(zhì)量的激光焊接來說是不夠精確的。

        另一方面,激光焊縫跟蹤可以實(shí)現(xiàn)所需要的精確度。一般來講,激光光線或者激光光點(diǎn)被投射在焊縫表面,得到的圖像被反饋到CMOS攝像機(jī),該攝像機(jī)通過算法來確定焊縫、錯(cuò)誤接合和間隙的位置。

        雖然成像速度是很重要的,但是在提供必要的閉環(huán)控制以直接在接縫上移動(dòng)激光聚焦頭時(shí),激光焊縫跟蹤器必須有足夠快的控制器來精確編譯焊縫的位置。因此,焊縫跟蹤的準(zhǔn)確性很重要,而響應(yīng)時(shí)間也同樣重要。

        總的來說,焊縫跟蹤技術(shù)已經(jīng)得到充分發(fā)展,也能夠允許鋼管制造廠利用更高質(zhì)量的激光束,來生產(chǎn)可成形性更好的不銹鋼管。

        因此,激光焊接找到了用武之地,它被用于降低焊接的多孔性,減小焊接外形,同時(shí)保持或者提高焊接速度。激光系統(tǒng),如擴(kuò)散冷卻板條激光器,已經(jīng)提高了光束質(zhì)量,通過降低焊接寬度進(jìn)一步提高可成形性。這項(xiàng)發(fā)展導(dǎo)致了鋼管廠中更嚴(yán)格的尺寸控制和激光焊縫跟蹤的必要性。

        這樣,不銹鋼管廠焊接過程的成功有賴于所有個(gè)別技術(shù)的整合,所以必須把它當(dāng)成一個(gè)完整系統(tǒng)來對(duì)待。

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