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標(biāo)題: 不銹鋼管的焊接 [打印本頁(yè)]

作者: 真正 時(shí)間: 2008-11-21 11:26
標(biāo)題: 不銹鋼管的焊接
最近幾年，由于人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注,，在提高燃料效率方面,，汽車制造商受到的壓力日益增長(zhǎng)。更加嚴(yán)格,、約束性更強(qiáng)的法規(guī)給工業(yè)生產(chǎn)和材料加工帶來(lái)了技術(shù)上的挑戰(zhàn),。在這些趨勢(shì)中包括了降低廢氣的排放，車身更輕,，以及延長(zhǎng)零件的使用壽命,。

材料加工方面的進(jìn)步為不銹鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域帶來(lái)了獨(dú)特的機(jī)遇。具體來(lái)說(shuō),，人們要求生產(chǎn)商生產(chǎn)這樣的零件,，它們必須有更輕的重量，但是仍必須有防腐蝕特點(diǎn),，并且滿足強(qiáng)度要求,。此外，車身的空間局限性更強(qiáng)調(diào)了可成形性的重要性,。典型的應(yīng)用包括了排氣管,、燃料管、噴油嘴和其他組件,。

在生產(chǎn)不銹鋼管時(shí),，先成形扁平的鋼帶，隨后使得其外形成為圓管狀,。一旦成形后,，管子的接縫必須被焊接到一起。這個(gè)焊縫很大程度上影響了零件的可成形性,。因此,，若要得到能夠滿足制造業(yè)內(nèi)嚴(yán)格的測(cè)試要求的焊接外形,，選擇合適的焊接技術(shù)就極為重要。無(wú)庸置疑,，鎢極氣體保護(hù)電弧焊（GTAW）,、高頻（HF）焊，以及激光焊接已經(jīng)在不銹鋼管的制造中各自得到了應(yīng)用,。
高頻感應(yīng)焊：

在高頻接觸焊和高頻感應(yīng)焊中,，提供電流的設(shè)備和提供擠壓力的設(shè)備是相互獨(dú)立的。此外,，兩種方法都能使用磁棒,，它是軟磁性元件，被置于管體內(nèi)部,，它有助于在鋼帶邊緣匯聚焊接流,。

在這兩種情況下，鋼帶被切割并清理后,，被卷起,，然后送到焊接點(diǎn)。另外,，對(duì)在加熱過(guò)程中使用的感應(yīng)線圈進(jìn)行冷卻使用了冷卻劑,。最后，一些冷卻劑將被用于擠壓過(guò)程,。這里,，在擠壓滑輪上作用了很大的力，以避免在焊接區(qū)域產(chǎn)生多孔性,；然而，使用了更大的擠壓力將導(dǎo)致毛刺（或者焊珠）增多,。因此,，特殊設(shè)計(jì)的刀具被用來(lái)清除管子內(nèi)部和外部的毛刺。

高頻焊接過(guò)程的主要優(yōu)勢(shì)之一是,，它能夠?qū)︿摴苓M(jìn)行高速加工,。然而，在大部分固相鍛接中存在的典型情況是,，高頻焊接的接點(diǎn)若使用傳統(tǒng)非破壞性技術(shù)（NDT）不容易進(jìn)行可靠的測(cè)試,。焊接裂縫可能在低強(qiáng)度連接處的平薄區(qū)域出現(xiàn)，這種裂縫使用傳統(tǒng)方法無(wú)法檢測(cè)出來(lái),，因而在一些高要求的汽車應(yīng)用中可能缺乏可靠性,。
鎢極氣體保護(hù)電弧焊（GTAW）：

傳統(tǒng)上來(lái)看,，鋼管生產(chǎn)廠選擇將鎢極氣體保護(hù)電弧焊（GTAW）完成焊接過(guò)程,。GTAW在兩個(gè)非消耗性的鎢電極之間產(chǎn)生了一個(gè)電焊弧,。同時(shí),，從噴槍中導(dǎo)入惰性保護(hù)氣體，以屏蔽電極,、產(chǎn)生電離化的等離子體流,，以及保護(hù)熔化的焊池。這是一個(gè)已經(jīng)確立了的,，并已被人們理解了的過(guò)程,，它將可重復(fù)完成高質(zhì)量的焊接過(guò)程。

這一工藝的優(yōu)勢(shì)在于可重復(fù)性,，焊接過(guò)程無(wú)濺出物,，并且消除了多孔性。GTAW被認(rèn)為是一個(gè)電傳導(dǎo)的過(guò)程,，所以,，相對(duì)來(lái)說(shuō)，過(guò)程比較緩慢,。
高頻電弧脈沖：

近年來(lái),，GTAW焊接電源，又稱為高速開(kāi)關(guān),，使得電弧脈沖超過(guò)10,000Hz,。鋼管加工廠的客戶最先受益于這一新技術(shù)，高頻電弧脈沖導(dǎo)致了電弧向下的壓力與傳統(tǒng)GTAW相比大了五倍,。所帶來(lái)的具有代表性的改進(jìn)特性還包括：爆破強(qiáng)度被提高,，焊接線速度更快，廢品減少,。

鋼管生產(chǎn)廠的客戶很快發(fā)現(xiàn),，此焊接工藝得到的焊接外形需要減小。此外,，焊接速度還是相對(duì)較慢,。
激光焊接
：

在所有的鋼管焊接應(yīng)用中，鋼帶的邊緣被熔化,，當(dāng)使用夾緊支架把鋼管邊緣擠壓到一起時(shí),，邊緣發(fā)生凝固。然而,，對(duì)激光焊接來(lái)說(shuō),，特有的性質(zhì)是它具有高能量的光束密度。激光光束不僅熔化了材料的表層,，還產(chǎn)生了一個(gè)匙孔,，以至焊縫外形很窄。

功率密度低于1 MW/cm2的話,，如GTAW技術(shù),，就產(chǎn)生不了足夠的能量密度以產(chǎn)生匙孔,。這樣，無(wú)匙孔的工藝得到的焊接外形寬且淺,。激光焊接的高精度帶來(lái)了更高效率的穿透,，這又減少了晶粒生長(zhǎng)，帶來(lái)更好的金相質(zhì)量,；另一方面,，GTAW更高的熱能輸入與較慢的冷卻過(guò)程導(dǎo)致了粗糙的焊接結(jié)構(gòu)。

通常來(lái)說(shuō),，人們認(rèn)為激光焊接過(guò)程比GTAW快,，它們有同樣的廢品率，而前者帶來(lái)更好的金相特性,，這就帶來(lái)了更高的爆破強(qiáng)度和更高的可成形性,。當(dāng)與高頻焊接相比時(shí)，激光加工材料過(guò)程不發(fā)生氧化,，這就使得廢品率更低,，可成形性更高。

作者: 真正 時(shí)間: 2008-11-21 11:27
標(biāo)題: 不銹鋼管的焊接
光斑尺寸的影響：
   在不銹鋼管廠的焊接中,，焊接深度是由鋼管的厚度決定的,。這樣，生產(chǎn)目標(biāo)就是通過(guò)減小焊接寬度來(lái)提高可成形性,，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的速度,。在選擇最合適的激光時(shí)，人們不能只考慮光束質(zhì)量,，還必須考慮軋管機(jī)的準(zhǔn)確性,。此外，軋管機(jī)在尺寸上的誤差起作用以前還必須先考慮減小光斑時(shí)受到的限制,。
   在鋼管焊接中特有的尺寸上的問(wèn)題很多,，然而，影響焊接的主要因素是,，在焊接盒（更具體的說(shuō),，是焊接卷）上的接縫,。一旦鋼帶經(jīng)過(guò)成形加工準(zhǔn)備進(jìn)行焊接時(shí),，焊縫的特徵包括了：鋼帶間隙、嚴(yán)重/輕微的焊接錯(cuò)位,、焊縫中線的變化,。間隙決定了要用多少材料來(lái)形成焊池。壓力太大將導(dǎo)致鋼管頂部或者內(nèi)徑材料過(guò)剩,。另一方面,，嚴(yán)重或者輕微的焊接錯(cuò)位會(huì)導(dǎo)致焊接外形不佳,。
   此外，經(jīng)過(guò)焊接盒之后,，鋼管將被進(jìn)一步修整,。這包括了尺寸調(diào)整和形狀（外形）上的調(diào)整。另一方面,，額外的工作能夠去除一些嚴(yán)重/輕微的焊接缺陷,，但是可能無(wú)法全部清除。當(dāng)然,，我們希望實(shí)現(xiàn)零缺陷,。一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)驗(yàn)法則是焊接缺陷不要超過(guò)材料厚度的百分之五,。超過(guò)這個(gè)數(shù)值,，將影響焊接產(chǎn)品的強(qiáng)度。
   最后,，焊接中線的存在對(duì)于高質(zhì)量不銹鋼管的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是很重要的,。隨著汽車巿場(chǎng)對(duì)可成形性的日益重視，與之直接相關(guān)的就是需要更小的熱影響區(qū)（HAZ）,，并且減小焊接外形,。反過(guò)來(lái)，這就促進(jìn)激光技術(shù)的發(fā)展,，即提高光束質(zhì)量以減小光斑尺寸,。隨著光斑尺寸不斷變小，我們需要更多的關(guān)注于掃描接縫中線時(shí)的精確度,。一般來(lái)說(shuō),，鋼管制造商會(huì)盡可能的減小這個(gè)偏差，但是實(shí)際上,，要達(dá)到0.2mm(0.008英寸)的偏差是很困難的,。
   這帶來(lái)了使用焊縫跟蹤系統(tǒng)的需要。最普遍的兩種跟蹤技術(shù)是機(jī)械掃描和激光掃描,。一方面,，機(jī)械系統(tǒng)使用了探針來(lái)接觸焊接池的接縫上游，它們會(huì)沾灰,，磨損和振動(dòng),。這些系統(tǒng)的精確度是0.25mm(0.01英寸)，這對(duì)于高光束質(zhì)量的激光焊接來(lái)說(shuō)是不夠精確的,。
   另一方面,，激光焊縫跟蹤可以實(shí)現(xiàn)所需要的精確度。一般來(lái)講，激光光線或者激光光點(diǎn)被投射在焊縫表面,，得到的圖像被反饋到CMOS攝像機(jī),，該攝像機(jī)通過(guò)算法來(lái)確定焊縫、錯(cuò)誤接合和間隙的位置,。
雖然成像速度是很重要的,，但是在提供必要的閉環(huán)控制以直接在接縫上移動(dòng)激光聚焦頭時(shí)，激光焊縫跟蹤器必須有足夠快的控制器來(lái)精確編譯焊縫的位置,。因此,，焊縫跟蹤的準(zhǔn)確性很重要，而響應(yīng)時(shí)間也同樣重要,。
總的來(lái)說(shuō),，焊縫跟蹤技術(shù)已經(jīng)得到充分發(fā)展，也能夠允許鋼管制造廠利用更高質(zhì)量的激光束,，來(lái)生產(chǎn)可成形性更好的不銹鋼管,。
   因此，激光焊接找到了用武之地,，它被用于降低焊接的多孔性,，減小焊接外形，同時(shí)保持或者提高焊接速度,。激光系統(tǒng),，如擴(kuò)散冷卻板條激光器，已經(jīng)提高了光束質(zhì)量,，通過(guò)降低焊接寬度進(jìn)一步提高可成形性,。這項(xiàng)發(fā)展導(dǎo)致了鋼管廠中更嚴(yán)格的尺寸控制和激光焊縫跟蹤的必要性。
   這樣,，不銹鋼管廠焊接過(guò)程的成功有賴于所有個(gè)別技術(shù)的整合,，所以必須把它當(dāng)成一個(gè)完整系統(tǒng)來(lái)對(duì)待。

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