低铬不锈钢高频感应焊管试制

高频感应焊接HFW产生于20世纪50年代，焊接时利用高频电流在工件内产生的电阻热使工件焊接区表层加热到熔化或接近熔化的塑性状态，随即施加（或不施加）顶锻力而实现金属的结合，因此它是一种“固相连接”电阻焊方法，现代的高频感应焊接生产线集成了柔性焊接系统，可以适用于许多种类的材料，尤其是高强钢和不锈钢，通过调整工艺，一套焊接生产线可以生产多种规格的焊管。焊缝的质量取决于多种参数，如材料的质量、表面状况、焊接角度、阻抗器和频率等。

1 低铬不锈钢高频感应焊的生产工艺

高频焊具有以下主要特点：由于电流高度集中于焊接区，加热速度极快，因而焊接速度可高达20～200m/min。因焊接速度快，焊件自冷作用强，故不仅热影响区小，而且还不易发生氧化，因此焊缝的组织和性能十分优良。焊前焊件表面可以不进行清理工作，因而提高了效率。能焊的金属种类广，产品形状规格多。高频感应焊接方法目前在我国得到了广泛的应用，如汽车排气管行业中大量采用高频感应焊接方法生产409L等牌号铁素体不锈钢焊管，更多的是生产多种规格及形状（如方管）的普通碳钢焊管，也有少数生产线焊接奥氏体不锈钢焊管。 我国目前采用高频感应焊接方法制造碳钢焊管的技术已经非常成熟且获得了广泛的应用，但是用高频感应焊接方法制造不锈钢焊管，尤其是铁素体不锈钢焊管则较少应用，技术积累也较少。低铬铁素体不锈钢是不锈钢家族中成本最低，耐蚀性最低，焊接性能较差的品种，主要应用于对耐蚀性要求不高的场合中，目前已广泛应用于金属制品及一些结构件中。高频感应焊接钢管的工艺流程：钢带纵剪（按照尺寸规格）→钢卷开卷→对焊→活套→铣边→成形→焊接→刮刀去毛刺→中频感应在线热处理→定径（校圆）及校直→飞锯切割→喷码包装六边形捆扎。以上的工艺流程中，从开卷到飞锯切割都在生产线上连续完成。（1）12Cr铁素体不锈钢成分与性能。采用的12%Cr铁素体不锈钢符合EN10088－2、EN10028－7标准及ASTMA240标准，成分和性能与1.4003不锈钢接近。试验用材料为热轧退火酸洗态，退火温度为690~720℃，厚度为3.5mm。为了提高材料的综合性能，碳和氮含量控制在0.01%左右，同时添加了微量了铌和钛元素以更好地稳定铬元素提高耐蚀性。（2）12Cr铁素体不锈钢焊接性能采用常规焊接方法。如MAG、TIG及等离子等焊接铁素体不锈钢时，由于铁素体组织固有的晶粒易于受热长大的特性，且在热循环过程中不发生相变，焊接接头HAZ粗晶区（焊接峰值温度处于是1200℃-熔点区间）力学性能尤其是冲击性能急剧恶化，如单道焊热输入>1kJ/mm的等离子焊接接头，在室温下冲击试验即呈现脆性断裂，冲击韧性<20J/cm2(结构用焊接接头冲击韧性最低要求为35J/cm2)，这一特性极大限制了该类不锈钢在工业领域的推广应用。因此，对于12Cr铁素体不锈钢，为了获得性能合格的焊接接头，其工艺要点就是尽可能地减小焊接热输入和焊接HAZ，控制HAZ粗晶区的晶粒尺寸。（3）12Cr铁素体不锈钢高频感应焊接工艺。焊接工艺试验表明，由于机组的特殊性，有的工艺参数被设备厂家固化无法调节，如电压和频率，可调的焊接参数有焊接速度、焊接电流、保护气体方式及流量等。

2 成品焊管的组织及性能

将试制成功的高频焊管取样，分别进行焊接接头金相组织观察及力学性能检测，包括拉伸、冲击及压扁试验等，以及对成品焊管抽样测量其不圆度及直线度，以分析其是否满足使用要求。（1）金相组织观察。高频感应焊接接头的焊缝中心及HAZ组织，为了进行比较，高频焊接接头焊缝的宽度非常窄，只有不到1mm，HAZ宽度则小于0.5mm；而相同厚度的等离子焊管的焊缝宽度一般为3~5mm，热影响区宽度在5mm左右。通过对比可以看出，高频感应焊接接头的焊缝中心和HAZ晶粒尺寸很小，晶粒度在6级以上，而等离子焊接接头的焊接及HAZ晶粒严重长大，晶粒度都在0级以上，依据金属学原理，晶粒尺寸越大，材料的塑韧性越差，因此高频感应焊接获得的接头相对于等离子焊接接头，具有优良的力学性能。（2）接头力学性能检测。力学性能检测进行了拉伸，压扁和冲击等常规性能试验。同样与现有的等离子焊管的接头力学性能数据进行对比，两者的拉伸和压扁试验结果相同，而冲击吸收能量有极大地提高，半尺寸试样等离子焊接接头的焊缝中心和HAZ的室温冲击吸收能量平均值只有8~10J，远低于高频感应焊接接头的冲击吸收能量，工程实用性差。HFW焊接接头性能试验结果表明，晶粒尺寸细化对材料的塑韧性有极大的改善，在很大程度上提高了低铬铁素体不锈钢焊管的应用领域.（3）尺寸精度检测。尺寸精度包括外径偏差、直线度、不圆度（最大直径与最小直径之差）等也是焊管的重要性能指标，许多用户对尺寸精度有较高的要求。通过调整在线焊后热处理及定径校直等参数，HFW焊管的尺寸精度要大大高于常规离线定径校直方法得到的焊管。在一只6m长的成品焊管上选取6处不同位置，在同一位置的12点到5点位置分别测外径，外径偏差在±0.3mm之内，圆度也小于0.5mm。直线度检测结果表明，成品焊管的直线度<0.5mm/m，这样的尺寸和形状精度远远高于行业标准规定值，完全能够满足对尺寸形状精度要求较高的应用场合，如皮带传输机托辊的筒体，高尺寸精度的焊管，大大减小了在转动过程中的径向圆跳动值，降低了传输过程中的阻力，提高了传输效率。

3 结论

通过调整工艺参数，成功试制了规格为φ159mm×3.5mm的12Cr铁素体不锈钢高频感应焊管。具有较强铁磁性的低铬铁素体不锈钢可以与碳钢共用同一高频感应焊管机组，由于焊接方法的特殊性及在线热处理及定径校直工艺的连续性，生产的焊管与常规弧焊方法生产的焊管相比具有接头组织细小，力学性能优良，尺寸和形状精度高，生产成本低效率高等优势，是铁素体不锈钢焊管生产的发展方向之一，同时也可大大扩展该类不锈钢焊管的应用领域。