在HFW355高頻感應(yīng)焊管生產(chǎn)線成功試制φ159m m×3.5m m低鉻不銹鋼高頻感應(yīng)焊管的規(guī)格。通過(guò)調(diào)整焊接工藝、焊后熱處理工藝和矯形工藝，獲得了尺寸精度高、焊接性能優(yōu)異的直縫不銹鋼焊管。與傳統(tǒng)的等離子焊接鋼管相比，具有生產(chǎn)效率高、焊接成型美觀、接頭性能、尺寸、形狀精度大大提高的特點(diǎn)，對(duì)鐵素體不銹鋼焊管的生產(chǎn)、制造、推廣和應(yīng)用具有重要意義。

目前，高頻感應(yīng)焊接不銹鋼已逐漸廣泛應(yīng)用于我國(guó)，如汽車排氣管行業(yè)大量采用高頻感應(yīng)焊接方法生產(chǎn)409L等牌鐵素體不銹鋼焊管，更多的是生產(chǎn)各種規(guī)格和形狀(如方管)的普通碳鋼焊管，也有少數(shù)生產(chǎn)線焊接奧氏體不銹鋼焊管。

本文試制了鉻含量為12%的低鉻鐵素體不銹鋼高頻感應(yīng)焊管，規(guī)格為φ159mm×3.5mm，對(duì)焊管的尺寸精度和焊接接頭性能要求較高。德國(guó) 是一種高頻感應(yīng)焊接設(shè)備** S Elotherm GmbH 生產(chǎn)的HFW355(大焊管直徑355mm）機(jī)組。

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目前，我國(guó)采用高頻感應(yīng)焊接方法制造碳鋼焊管的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，得到了廣泛的應(yīng)用。然而，不銹鋼焊管，特別是鐵素體不銹鋼焊管，應(yīng)用較少，技術(shù)積累較少。低鉻鐵素體不銹鋼是不銹鋼家族中成本低、耐腐蝕性低、焊接性能差的品種。主要用于耐腐蝕性要求低的場(chǎng)合。目前，它已廣泛應(yīng)用于金屬制品和一些結(jié)構(gòu)部件。

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12Cr鐵素體不銹鋼的成分和性能

采用的12%Cr鐵素體不銹鋼符合要求EN10088－2、EN10028－7標(biāo)準(zhǔn)及ASTM A240標(biāo)準(zhǔn)、成分和性能1.4003不銹鋼接近。試驗(yàn)材料為熱軋退火酸，退火溫度為690~720℃，厚度為3.5mm。碳和氮含量控制在提高材料的綜合性能上0.01在%左右的同時(shí)，添加以更好地穩(wěn)定鉻，提高耐腐蝕性。

表11試驗(yàn)12%Cr鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分

圖1是12%Cr鐵素體不銹鋼室溫金相組織量馬氏體，晶粒度在8級(jí)以上。

表2是測(cè)試材料的典型力學(xué)性能，即使是不銹鋼-40℃沖擊韌性也很好。

12Cr鐵素體不銹鋼焊接性能

常規(guī)焊接方法如MAG、TIG當(dāng)?shù)入x子焊接鐵素體不銹鋼時(shí)，由于鐵素體組織固有的晶粒易于加熱和生長(zhǎng)，且在熱循環(huán)過(guò)程中沒(méi)有相變，焊接接頭HAZ粗晶區(qū)(焊接峰值溫度為1200℃ - 熔點(diǎn)間隔)機(jī)械性能，特別是沖擊性能，如單道焊熱輸入>1kJ/mm室溫下的等離子焊接接頭沖擊試驗(yàn)呈脆性斷裂，沖擊韌性<20J/cm2 (結(jié)構(gòu)焊接接頭沖擊韌性的低要求35J/cm2)，這一特點(diǎn)極大地限制了不銹鋼在工業(yè)領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。

因此，對(duì)于12Cr為了獲得合格的焊接接頭，鐵素體不銹鋼的工藝要點(diǎn)是盡量減少焊接熱輸入和焊接HAZ，控制HAZ粗晶區(qū)域的晶粒尺寸。通過(guò)調(diào)整焊接參數(shù)，選擇合適的焊接方法，高頻感應(yīng)焊接方法作為固相連接無(wú)疑是一種理想的焊接方法。

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12Cr鐵素體不銹鋼高頻感應(yīng)焊接工藝

焊接工藝試驗(yàn)表明，由于機(jī)組的特殊性，設(shè)備制造商無(wú)法調(diào)整部分工藝參數(shù)，如電壓和頻率?？烧{(diào)焊接參數(shù)包括焊接速度、焊接電流、氣體保護(hù)模式和流量。由于低鉻鐵素體不銹鋼具有較強(qiáng)的鐵磁性，其導(dǎo)熱性和機(jī)械性能與碳鋼相似，因此可與碳鋼共用生產(chǎn)線。調(diào)試優(yōu)化后的參數(shù)如表3所示。

圖2~圖7為焊接現(xiàn)場(chǎng)圖，焊管生產(chǎn)線長(zhǎng)度約為200m。

調(diào)試后的電流控制好的前提下，調(diào)試后的電流控制在70~75A，控制焊接速度18~20m/min，氬氣內(nèi)外保護(hù)，避免焊接區(qū)域嚴(yán)重氧化和焊縫開(kāi)裂，由于擠壓輥擠壓塑料焊縫金屬，產(chǎn)生毛刺，所以用刮刀刮毛刺，避免應(yīng)力集中，同時(shí)獲得良好的圓度和外觀，如圖8所示

成品焊管的組織和性能

取樣試制成功的高頻焊管，觀察焊接接頭的金相組織，檢測(cè)機(jī)械性能，包括拉伸、沖擊和扁平試驗(yàn)，測(cè)量成品焊管的不圓度和直線度，分析是否滿足使用要求。

（1）金相組織觀察

圖9是高頻感應(yīng)焊接接頭的焊接中心HAZ組織，為了比較，圖10是等離子焊管焊縫中心和HAZ組織?？梢?jiàn)高頻焊接接頭焊縫寬度很窄，只有不到1mm，HAZ寬度則小于0.5mm；同厚度等離子焊管的焊縫寬度一般為3~5mm，熱影響區(qū)寬度為5mm左右。

通過(guò)對(duì)比可以看出，高頻感應(yīng)焊接接頭的焊縫中心和HAZ晶粒尺寸小，晶粒度在6級(jí)以上，等離子焊接接頭的焊接及HAZ晶粒生長(zhǎng)嚴(yán)重，晶粒度在0級(jí)以上。根據(jù)金屬原理，晶粒尺寸越大，材料的塑性韌性越差。因此，與等離子焊接接頭相比，高頻感應(yīng)焊接獲得的接頭具有優(yōu)異的機(jī)械性能。

(2)接頭力學(xué)性能檢測(cè)

拉伸、壓扁、沖擊等常規(guī)性能試驗(yàn)進(jìn)行了機(jī)械性能試驗(yàn)。壓扁試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

與現(xiàn)有等離子焊管的機(jī)械性能數(shù)據(jù)相比，兩者的拉伸和扁平試驗(yàn)結(jié)果相同，沖擊吸收能量大大提高，半尺寸樣品等離子焊接接頭的焊接中心和HAZ的室溫沖擊吸收能量平均值只有8~10J，遠(yuǎn)低于高頻感應(yīng)焊接接頭的沖擊吸收能，工程實(shí)用性差。HFW焊接接頭性能試驗(yàn)結(jié)果表明，晶粒尺寸細(xì)化大大提高了材料的塑韌性，大大提高了低鉻鐵素體不銹鋼焊管的應(yīng)用領(lǐng)域。

（3）尺寸精度檢測(cè)尺寸精度包括外徑偏差、直線度、不圓度（大直徑與小直徑之間的差異），也是焊接管的重要性能指標(biāo)。許多用戶對(duì)尺寸精度有很高的要求。通過(guò)調(diào)整在線焊接后的熱處理和直徑校準(zhǔn)參數(shù)，HFW焊管的尺寸精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的離線定徑校直方法。

在一只6m長(zhǎng)成品焊管管上選擇6個(gè)不同的位置，在同一位置的12點(diǎn)到5點(diǎn)分別測(cè)量外徑。測(cè)量結(jié)果如表5所示，外徑偏差為±0.3mm圓度也小于0.5mm。直線度檢測(cè)結(jié)果表明，成品焊管的直線度<0.5mm/m，這種尺寸和形狀精度遠(yuǎn)高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以完全滿足高尺寸形狀精度的應(yīng)用，如帶式輸送機(jī)輥筒、高尺寸精度焊接管，大大降低徑向圓跳動(dòng)值，降低傳輸過(guò)程中的阻力，

提高傳輸效率。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，成功試制了規(guī)格f 159mm×3.5mm的12Cr鐵素體不銹鋼高頻感應(yīng)焊管。鐵磁性強(qiáng)的低鉻鐵素體不銹鋼可與碳鋼共用同一高頻感應(yīng)焊管機(jī)組。由于焊接方法的特殊性和在線熱處理和直徑校準(zhǔn)工藝的連續(xù)性，與傳統(tǒng)弧焊方法相比，焊管具有接頭組織小、機(jī)械性能優(yōu)異、尺寸形狀精度高、生產(chǎn)成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。它是鐵素體不銹鋼焊管生產(chǎn)的發(fā)展方向之一。