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  • 薄板不锈钢焊接分析
  • 发布时间:2017/5/24 9:14:14 来源:中国管件信息网-弯头,管件,接头,三通,法兰,封头,异径管,弯管信息中心
  • 目前的不锈钢压力容器生产企业,普遍采用的主要焊接方法均为成熟的焊接工艺,如钨极氩弧焊(GTAW)、焊条电弧焊(SMAW)、药芯焊丝电弧焊(FCAW)、埋弧自动焊(SAW)等。
    对于4~10mm的1Cr18Ni9Ti薄板不锈钢,主要采用钨极氩弧焊(GTAW)、焊条电弧焊(SMAW)和药芯焊丝电弧焊(FCAW);而对于4~10mm的304薄板不锈钢(相当于我国的0Cr18Ni9),则主要采用钨极氩弧焊(GTAW)、焊条电弧焊(SMAW),由于药芯焊丝电弧焊(FCAW)采用的保护气体为Ar+CO2,易使焊接接头产生增碳问题,导致其耐腐蚀性能下降,故对于低碳、超低碳不锈钢的焊接,一般情况下不采用药芯焊丝电弧焊。

        本文以板厚8mm的低碳、304不锈钢为例,对其常用焊接方法及焊接成本进行分析和对比。

        焊接方法分析

        钨极氩弧焊采用的保护气体为纯Ar,焊接时它既不与金属起化学反应,也不溶解与液态金属中,故可以避免焊缝中金属元素的烧损和由此带来的其它焊接缺陷,同时因其密度较大,在保护时不易漂浮散失,保护效果好。该焊接方法由于热源和填充焊丝是分别控制的,热量调节方便,使输入焊缝的焊接线能量更容易控制,故适合于各种位置的焊接,也容易实现单面焊双面成型。钨极氩弧焊的最大缺点是熔深浅、熔敷速度慢、生产效率低,因而其焊接变形也就较大。

        焊条电弧焊由于操作灵活、方便,焊接设备简单、易于移动,设备费用比其它电弧焊方法低,因而得到了广泛的应用。该焊接方法与熔化极气体保护焊(GMAW)、埋弧自动焊(SAW)等焊接方法相比,其熔敷速度慢及熔敷系数低,并且每焊接完一条焊道均需要清理熔渣,而坡口内的清渣是比较繁琐的。

        熔化极惰性气体保护焊(MIG焊),由于采用Ar或在Ar中添加了少量的O2作为保护气体,因而其电弧稳定,熔滴细小且过渡稳定,飞溅很小。该焊接方法的电流密度高、母材熔深深,因而其焊丝的熔化速度和焊缝的熔敷速度高,焊接生产效率高,尤其适于中等厚度和大厚度结构的焊接。该焊接设备比较复杂,设备成本较高。

        表1给出了薄板不锈钢常用焊接方法的相关数据。该表中的GTAW焊的熔敷速度为实际测量的数据。

    表1 薄板不锈钢常用焊接方法数据
    焊 接 方 法 TIG SMAW MIG
    热源 最小加热面积(cm2) 10-3 10-2 10-4
    特性 最大功率密度(W/cm2) 1.5×104 104 104~105
    热效率(功率有效系数) 0.77~0.99 0.77~0.87 0.66~0.69
    焊接电流(A) 100~130 170~200 200~300
    焊接速度 焊材直径(mm) Φ2.4 Φ4.0 Φ1.2
    及效率 熔敷速度(g/min) 7~10 18~22 75~85
    熔敷效率(%) 98~100 55~60 96~99

        低碳、超低碳薄板不锈钢焊接成本对比

        对于薄板不锈钢压力容器,由于其特殊性及相关标准的要求,因而对打底焊的焊缝背面的质量要求比较高。

        对于打底焊而言,钨极氩弧焊(GTAW)均优于焊条电弧焊(SMAW)、熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)等焊接方法,这主要是由于热源和填充焊丝是分别控制的,热量调节方便;同时,该种焊接方法对焊工的操作技能、接头的组对质量要求不高。因此,对于单面焊双面成型的焊接接头,其打底焊均采用钨极氩弧焊(GTAW)。对于不锈钢的焊接,焊接时必须充背面保护气(通常为纯Ar),以防止焊缝背面的氧化。

        1 焊接成本对比

        表2给出了板厚8mm、材质304不锈钢对接接头的焊接成本对比。表中的焊材、气体及工资的价格均是按照目前的价格进行计算的。GTAW焊的Ф2.4mm的焊丝是直条的,长度为36英寸,每根焊丝的剩余长度约80~100mm;不锈钢焊条的剩余长度约50~80mm。

    表2 薄板不锈钢常用焊接方法的成本对比
    焊 接 方 法 GTAW GTAW+SMAW GTAW+MIG
    施 焊 条 件 V型坡口,对接接头,单面焊双面成型。
    母材厚度为8mm,材质为304;坡口角度70°,钝边0mm, 根部间隙2.0mm
    焊丝直径 打底焊 Φ2.4 Φ2.4 Φ2.4
    (mm) 填充及盖面 Φ2.4 ---- Φ1.2
    焊条直径 打底焊 ---- ---- ----
    焊 (mm) 填充及盖面 ---- Φ4.0 ----
    接 焊接电流 打底焊 110 110 110
    规 (A) 填充及盖面 130 170 140
    范 电弧电压 打底焊 12 12 12
    (V) 填充及盖面 12 24 24
    焊缝厚度 打底焊 2.5 2.5 2.5
    (mm) 填充及盖面 5.5 5.5 5.5
    气体流量(L/min) 20 20 20
    需要金属量 打底焊 74.4 74.4 74.4
    (g/m) 填充及盖面 407.9 407.9 407.9
    综合熔敷效率 打底焊 90 90 90
    焊 (%) 填充及盖面 90 48 98
    材 焊材消耗量 焊 丝 535.9 82.7 82.7+416.2=498.9
    费 (g/m) 焊 条 ---- 849.8 ----
    用 焊材单价 焊 丝 70.0 70.0 70.0
    (元/kg) 焊 条 ---- 34.0 ----
    焊材费用(元/m) 37.51