铝管和不锈钢管的高频感应焊接.doc

铝管、不锈钢管的高频感应焊接碳钢管的高频感应焊接工艺成熟、维护简单，应用十分普遍。对于用量很大的各种管材，高频感应焊极高的焊接速度使得这一工艺远胜于其它焊接方法。但铝管和不锈钢管的高频感应焊接则相对较难。在国外工业发达国家，铝管和不锈钢管的高频感应焊接技术已十分成熟。国内前些年有人做过类似研究，但始终没有得到规模推广。铝管和不锈钢管高频感应焊接的实现牵涉很多因素，只有全面地了解和掌握相关技术，才能实现稳定的焊接。归纳起来，以下因素对铝管和不锈钢管的高频感应焊接影响显著。（1）材料的物理性质 （2）不同材料的成型工艺特点 （3）机加工精度 （4）高频焊机和机组运行控制精度。（1） 材料的物理性质和碳钢管比较，铝管和不锈钢管的高频感应焊的最大阻碍是氧化物的影响。由于铁的氧化物的熔点（FeO 1420 ; Fe2O3 1565; Fe 1537）和铁单质的熔点相近或较低，所以焊接时氧化物基本上和母材同时或先于母材达到熔点。这就使得氧化物的去除较容易。这种情况在铝管和不锈钢管的焊接时则完全不同。首先铝极易氧化为难熔的AL2O3，虽然其厚度仅0.10.2m。但熔点高达2050，而纯铝的熔点是658。焊接时，该氧化膜妨碍母材熔化和熔合，易出现未焊透缺陷。氧化膜密度比铝大，不易浮出熔池表面，容易在焊缝中形成夹渣缺陷。类似于铝，不论是铬系不锈钢还是镍系不锈钢，都存在氧化物熔点远高于母材的问题。当不锈钢中铬含量cr大于12%时，铬比铁优先与氧化合而在母材表面形成一层致密的氧化膜Cr2O3，熔点为2265C。而氧化镍（NiO）的熔点2090C，比镍的熔点1446C也高许多。所以影响铝管和不锈钢管焊接的关键因素是氧化物的影响。由于铝氧化物具有高电阻率和分布不均匀的特点，如带材裁剪质量低劣，则氧化物的分布亦极不规则。在高频感应焊接时，很难达到彻底清除的目的。另外一个影响因素就是液态铝吸氢严重，而固态时几乎不能溶解氢。因此氢在焊接熔池快速冷却凝固结晶过程中，来不及逸出熔池表面，就会在焊缝中形成气孔。使得成品管材在打压检测时不合格。由于水在高温时易分解为氢和氧，所以水的存在也会给焊接带来不利影响。（2） 不同材料的成型工艺特点由于材料的强度及回弹力等性能的差异，成型工艺必然存在一定的设计特点。铝的线膨胀系数和结晶收缩率比钢大2倍，易产生较大的焊接变形和内应力。不锈钢的线膨胀系数也较碳钢大，如奥氏体不锈钢的线膨胀系数比碳钢要大40%。铝和不锈钢的抗拉强度和屈服强度及延伸率同碳钢相比均有很大差异。实践证明，奥氏体不锈钢对双半径成型有良好的适应性。成型应采用综合弯曲变形法，变形过程如图所示。奥氏体不锈钢带在成型前应进行固溶处理，以便降低硬度，减小变形阻力。不锈钢带在成型辊系作用下，冷作硬化性强，回弹大。但只要辊系设计正确，能够方便地调整辊系间隙及挤压力。这一问题就能够很好的解决。下表是部分常用不锈钢材料的机械性能。规格机械性质 抗拉强度屈服强度伸长率硬度MPaMPa%HV 0Cr18Ni95202103520000Cr19Ni10480180352000Cr17Ni12Mo25202103520000Cr17Ni14Mo248018035200合理的成型工艺设计可以利用较少的辊系获得高品质的产品。(3) 机加工精度不同于焊接碳钢管，用于焊接铝管和不锈钢管的机组和模具要求具有很高的加工精度。以保证设备运行中有极小的轴向和径向跳动。任何较大的周期性的震动均可能造成焊接过程中非理想状态的出现，造成焊接缺陷。国外机械加工精度一般均能控制在径向跳动0.01mm之内，国内则最高能达到0.03mm的加工水平。为保证机组运行的稳定，要求高加工精度的同时，也对机组上所有轴承的精度提出了很高的要求。粗糙的模具加工可能会出现如图a的情况。图b则是满足要求的加工情况。目前国内山东鸿民轧辊模具有限公司已能提供此类高精度模具。（4） 高频焊机和机组运行控制精度由于铝合金和不锈钢材料的塑性范围窄，必须精确地控制输入热量。任何大的功率波动，都可能造成焊缝的夹渣和气孔发生。一般均要求电源的输出纹波在1%以下。输出平稳度越好，则越能提供精细的焊接功率调整，最终会影响到焊缝的成型美观和机械性能。不难理解，机组运行速度的控制精度也应达到1%以下，否则会造成焊接区等效功率的波动过大。为达到电源的控制精度，一般应对电源的源效应和负载效应提出具体的控制指标。此外对控制元器件的温漂和时漂指标也应仔细考虑。尤其是对稳定度要求较高的反馈量的选取和反馈通道电子元器件的选用对系统性能非常关键。以前这类高精度电源只有少数几个国家能够提供。目前，国内保定红星高频设备有限公司已批量生产此类高精度焊管电源。广泛应用于铝管、不锈钢管和铜管的高频感应焊接。所生产的覆层铝管材已大量应用于汽车散热器领域。并且该电源已出口到韩国和日本等地，跻身于世界高精度电源制造商行列。铝合金和不锈钢材料的品种和牌号非常多。每种材料的高频焊接性能均有所差异。一般纯铝、非热处理强化的变形铝合金的焊接性良好，热处理的变形铝合金焊接性较差。铬镍系不锈钢中的奥氏体型不锈钢具有较好的高频焊接性。但焊瘤的刮削会有一定问题。而带磁性的铁素体不锈钢也有较好的高频焊接性，且易于刮削焊瘤。含碳量高的马氏体不锈钢则高频焊接性差。以上只是简单总结了一些有共性的影响因素。值得一提的是，铝管和不锈钢管的高频感应焊接是一个系统工程，要求各方面都要做到位，否则很难成功。铝管和不锈钢管的高频感应焊接并没有人们想像的那么困难。相信随着人们理论认识的深入和技术的发展，国内采用高频焊接工艺生产铝管和不锈钢管会日益普遍。作者简介：耿开博 保定思泰感应加热设备制造有限公司 总经理 联系方式13930220443文章摘要：从材料物理性质、机组和模具加工精度、高频电源和调速控制精度等方面分析了铝管、不锈钢管焊接的工艺特点。关键词：铝管 不锈钢管 高频焊 高精度电源参考书籍：（1）高频感应焊接薄壁不锈钢管：1990年第5期 焊接技术 11-14页 张则牲 宁