不銹鋼管的焊接

真正

最近幾年,，由于人們對(duì)環(huán)境問題越來越關(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,。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,，以及延長零件的使用壽命,。
) i% U0 u$ {% d- ~; v( Z& h
* b3 {3 z) K- J6 `+ [材料加工方面的進(jìn)步為不銹鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域帶來了獨(dú)特的機(jī)遇。具體來說,，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,。
; g% J* q3 h1 i% u* l
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,。
: E/ \% e7 m& P1 B# z$ g高頻感應(yīng)焊：
) n" e8 a5 f/ y8 b
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)的刀具被用來清除管子內(nèi)部和外部的毛刺,。
2 `' X3 Z9 B8 R. {
& E) b% ]8 E$ U高頻焊接過程的主要優(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)方法無法檢測(cè)出來，因而在一些高要求的汽車應(yīng)用中可能缺乏可靠性,。
( F) e+ _/ d% H; m鎢極氣體保護(hù)電弧焊（GTAW）：
! j0 X3 f6 S: a# E7 \" R
- ~" F. r# P  @+ _% m$ [# E' S傳統(tǒng)上來看,，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程,，它將可重復(fù)完成高質(zhì)量的焊接過程。
# b; x. y& S+ C; k1 {% v8 v  T* z3 Q5 Y
* u6 Z6 X7 W* T+ ^0 I這一工藝的優(yōu)勢(shì)在于可重復(fù)性,，焊接過程無濺出物,，并且消除了多孔性。GTAW被認(rèn)為是一個(gè)電傳導(dǎo)的過程,，所以,，相對(duì)來說，過程比較緩慢,。
5 \/ P* w5 V; A$ h& j高頻電弧脈沖：

8 }  w& G9 K7 x5 e) j( H$ S1 N近年來,，GTAW焊接電源，又稱為高速開關(guān),，使得電弧脈沖超過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
% X& Z' u* O5 j8 H/ T0 s$ @# x：
0 m. U; b/ A" T7 e2 p+ L1 i! Q
/ H9 q+ V5 P7 E) ?2 S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)激光焊接來說,，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。

/ M# g1 U  m2 W) c- b' X, `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了更高效率的穿透，這又減少了晶粒生長,，帶來更好的金相質(zhì)量,；另一方面，GTAW更高的熱能輸入與較慢的冷卻過程導(dǎo)致了粗糙的焊接結(jié)構(gòu),。
6 Y3 w0 {9 j3 w0 {
/ B) j% k0 ]: E" c; L$ ~通常來說,，人們認(rèn)為激光焊接過程比GTAW快，它們有同樣的廢品率,，而前者帶來更好的金相特性,，這就帶來了更高的爆破強(qiáng)度和更高的可成形性。當(dāng)與高頻焊接相比時(shí),，激光加工材料過程不發(fā)生氧化,，這就使得廢品率更低，可成形性更高,。

真正

光斑尺寸的影響：
' W# L- o2 h9 N' v; q       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)就是通過減小焊接寬度來提高可成形性,，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題很多,，然而，影響焊接的主要因素是,，在焊接盒（更具體的說,，是焊接卷）上的接縫。一旦鋼帶經(jīng)過成形加工準(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形成焊池,。壓力太大將導(dǎo)致鋼管頂部或者內(nèi)徑材料過剩。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,，但是可能無法全部清除。當(dāng)然,，我們希望實(shí)現(xiàn)零缺陷,。一般來說，經(jīng)驗(yàn)法則是焊接缺陷不要超過材料厚度的百分之五,。超過這個(gè)數(shù)值,，將影響焊接產(chǎn)品的強(qiáng)度。
' p- g3 U2 l( w/ T7 H      最后,，焊接中線的存在對(duì)于高質(zhì)量不銹鋼管的生產(chǎn)來說是很重要的,。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,。反過來，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。一般來說,，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)量的激光焊接來說是不夠精確的。
1 b- B% D" |+ U; Z9 C       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)通過算法來確定焊縫,、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,。
' W/ d$ z( z6 e2 s5 u總的來說，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。
- _8 H7 ?; z, R& r' u9 P       這樣,，不銹鋼管廠焊接過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)來對(duì)待。