高频不锈钢焊管焊接挤压量的研究

焊接挤压量是焊接工艺设计的一个关键因素。通过分解挤压所产生的作用，分析了焊接功率、V角大小、焊接速度和原料强度等工艺参数对挤压量的影响。结果表明，功率提升、板厚增大、原料强度降低、V角增大和焊接速度增大等因素会使挤压量的需求增大。

高频焊焊接方法是利用高频电流产生的集肤效应把热轧卷板边缘加热至熔化，再通过机械挤压的方法实现焊接过程。焊接挤压量是非常重要的工艺参数之一。由于生产需要，有些工艺参数如焊接功率、生产速度等必须调整。研究其它工艺参数改变后该如何调整挤压量，对不锈钢焊管厂实际生产有重要的指导意义。

1、不锈钢焊接过程的分析

根据焊缝的变化，把焊接过程分为四个阶段：

第一阶段为加热段，为开始加热至汇合点。不锈钢钢板边缘的边角处温度集中，不锈钢钢板先从边角处开始熔化。第二阶段为汇合点至焊接点，这个阶段的特点是：在电磁排斥的作用下，带有被氧化的熔融金属液被排斥到板边缘的边角处。第三阶段，在焊接点和挤压辊中心线之间，这段包括熔融金属挤出、热影响区的变形和流线角的改变等过程。第四阶段，焊缝从挤压辊刚挤出的一段，此处焊缝出现微小的回弹。

2、挤压量的组成

根据作用的不同，将挤压量分三部分，如图1所示：D1为完全熔融层；D2为挤出部分；D3为提供挤压力和克服回弹变形部分。单边挤压量D=D1+D2+D3，由几何关系可以看出，挤出部分D2正比于不锈钢钢板壁厚，反比于临界融化温度等温线近似斜率K。

（1） 完全熔融层D1

不锈钢钢板边缘中心完全熔融才能保证焊接质量，对于大壁厚管的焊接尤为重要。完全熔融层厚度主要取决于焊接功率，焊接功率增大完全熔融层厚度D1增大。

（2）挤出部分D2

图2出自于参考文献，为模拟板边缘上半部分的被加热时的温度等温分布图。

横向比较2a-2b和2c-2d显示：V角增大时，温度分布斜率K变小；纵向比较2a-2c和2b-2d显示：焊接速度增大时，温度分布斜率K变小。

故V角增大和焊接速度增大时，挤出部分D2随着温度分布斜率K的减小而增大。

（3）提供挤压力和克服回弹变形部分D3要将D2段的金属液全部挤出需要一定挤压力，这部分挤压力由D3提供。并且在焊接的第四个阶段，需要适当增加挤压力减小回弹。但挤压量不能过大，否则焊接第三阶段过长，使挤压辊中心线处的焊缝温度过低，这时候的挤压增大反而会增大回弹。回弹量过大，焊缝会出现回吸和沟槽，可以通过外毛刺和金相观察。

D3的大小比较不好把握，与原料材质的力学性能有很大关系。所需挤压力一定的情况下，材质强度越大，所需挤压量越小。金属流线角的改变大部分发生在这个阶段，可以作为D3大小是否合适的判断依据。

金属线角流是金相的主要考察点之一。正常范围内，流线角的大小随着挤压量的增大而增大，如图3所示。流线角的范围一般在45度~70度之间合适。

此外金相中可以看到焊缝中是否有夹杂、回吸，可以测量熔合线宽度等等方法来判断挤压量的大小是否合适。

3、结语

不锈钢焊管厂通过分解挤压量的组成来研究挤压量。通过挤压产生的效果，推倒出所需挤压量的大小，得出以下结果：

（1）功率提升、板厚增大、原料强度降低、V角增大和焊接速度增大等会使挤压量的需求增大。反之，功率降低、板厚减小、原料强度增大、V角减小和焊接速度减小等会减小挤压量的需求。

（2）挤压量直接影响流线角和焊接后的回弹量，可以通过外观检查和金相检测判断其是否合适。