對高頻焊接翅片管的分析

1、.對高頻焊接翅片管的分析摘要：通過對翅片管的金相、硬度、焊著率、焊著強度的檢驗和模擬工況處理試驗、沖擊試驗、水壓試驗，證明SA335P91鋼管和0Cr13鋼帶螺旋翅片管的焊接工藝是可靠的，該類翅片管焊接后不用熱處理。 關(guān)鍵詞：高頻焊接；焊接工藝；檢驗；分析 高頻焊接螺旋翅片管（以下簡稱翅片管）是在上世紀50年代初研制的連接管材、型材等的一種高效節(jié)材焊接方法基礎(chǔ)上，于70，80年代逐步發(fā)展成熟來的一種焊接方法。由于翅片管傳熱面積較大，傳熱效率更高，壓降較小，所以在燃氣爐及油氣混合料加熱爐中， 綜合換熱性能明顯優(yōu)于同規(guī)格、材質(zhì)的普通換熱管、釘頭管。以其為核心元件的各種換熱設(shè)備在電力、化肥、化工、煉

2、油裝置里得到越來越廣泛的應(yīng)用。 自上世紀80年代初，茂名石化機械廠就開發(fā)生產(chǎn)了翅片管，隨著翅片管生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)裝備技術(shù)不斷提高，生產(chǎn)的翅片管的種類越來越多。不論是從產(chǎn)品的種類、質(zhì)量上，還是在生產(chǎn)能力上，都已達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。同時焊接接頭的抗拉強度及焊著率等重要質(zhì)量指標均已達到或超過國內(nèi)高頻電阻焊螺旋翅片管技術(shù)條件和國外（API標準）的專業(yè)標準，已成為國內(nèi)該類設(shè)備的制造基地。 在生產(chǎn)過程中，對各類翅片管進行了相應(yīng)的檢驗檢測。在此通過對翅片管中焊接難度較大的一類SA335 P91耐熱鋼管與0Cr13鋼帶焊接質(zhì)量的檢測，從而對其焊接工藝進行分析，以期更好地開發(fā)和推廣該類產(chǎn)品。 1 焊接工藝性能分析

3、1.1 基本原理 翅片管是在無縫鋼管外圓上按一定的螺距纏繞鋼帶（鋼帶垂直于鋼管外圓的表面），以高頻電流作焊接熱源， 利用高頻電流的集膚效應(yīng)和電熱效應(yīng)，局部加熱鋼管與鋼帶的接觸面及待焊區(qū)，使接觸面達到塑性可焊狀態(tài)，同時在翅片外側(cè)施加頂鍛力將接觸處的金屬氧化物、局部熔化物以及多余的塑態(tài)金屬擠出，使鋼管與翅片材料之間達到固態(tài)原子間的結(jié)合，從而實現(xiàn)接觸面的塑性焊接，如圖1所示。 1.2 SA335 P91耐熱鋼管和0Cr13鋼帶的焊接性 1.2.1 母材的材質(zhì)狀況見表1。 1.4.2 管帶母材的焊接性能分析 P91屬于ASME標準中的耐熱鋼牌號，相當于國內(nèi)的9Cr1Mo鋼，由于其合金含量較高，其組織特

4、征為馬氏體，具有相當高的空脆特性，供貨狀態(tài)為正火狀態(tài)。在焊條電弧焊、氬弧焊等焊接方法中焊前預(yù)熱和焊后熱處理都是必不可少的。 0Cr13鋼帶屬于鐵素體-馬氏體不銹鋼，該類鋼高溫時在（+） 區(qū)， 快冷時，可轉(zhuǎn)變成M （馬氏體），常溫成鐵素體-馬氏體組織，由于有部份轉(zhuǎn)變成M，該類鋼有部分熱處理強化作用。在一般焊接中，該類鋼的焊接具有淬硬裂紋傾向。在兩相區(qū)加熱時間過長時，也有鐵素體長大的傾向，加劇了焊接應(yīng)力對焊縫的破壞作用。 但在翅片管高頻焊中，由于焊接過程中高頻電流的電熱效應(yīng)高度集中，電流穿透深度和影響區(qū)域都很小，僅限于寬23mm，深0.20.4mm的窄小范圍內(nèi)，發(fā)生熱影響區(qū)相變，而由于鄰近效應(yīng)、電

5、熱效應(yīng)造成的加熱和熱傳導(dǎo)等原因使管上焊合點前2050mm，后80120mm范圍內(nèi)持續(xù)一定時間的加熱、升溫、降溫的過程，起到了焊前預(yù)熱，焊后回火的作用，可以消除其產(chǎn)生的淬硬裂紋傾向，這一點可以在后面的金相分析和硬度檢驗中得到證明。 另外，由于高頻焊具有焊接速度快、加熱過程短、母材熔融量小，且熔化金屬基本上被全部排開、熱影響區(qū)相當窄小、主要靠原子力結(jié)合的特點，所以因材質(zhì)原因造成對母材的不良影響比較小。試驗證明可以忽略。 2 工藝評定 2.1 試樣的制備及焊接 2.1.1 焊接處理、頂鍛輪及電極的準備 對管料進行打砂處理，消除油污、銹跡、污物，不得有明顯的凹坑； 鋼帶寬17.5mm， 保證邊緣整齊，

6、無毛刺、凹坑、卷邊及拉裂。頂鍛輪的制備要保證其對鋼帶的夾持在圓周方向上松緊均勻適度（約有0.10.2mm余量），內(nèi)件相對轉(zhuǎn)動輕松自如。電極極身與觸頭間的焊接牢固可靠，冷卻順暢，無泄漏。 2.1.2焊接參數(shù)（表2） 2.2 試樣的焊后檢查 2.2.1 外觀檢測見表3。 結(jié)論：外觀檢測符合Q/SH.MM.2.52000高頻電阻焊螺旋翅片管技術(shù)條件中要求，試樣合格。 2.2.2 耐熱鋼P91與0Cr13翅片的接頭金相組織檢查（圖2，圖3） 從圖2可看出：沒有夾渣、未熔合和裂紋。 從圖3管側(cè)金相圖上看管側(cè)從接合面起的組織依次為（淬火>回火）組織，回火馬氏體，不完全正火組織（原組織鐵素體F+正炎鐵

7、素體F'+正火珠光體P'）及正火組織（鐵素體F+珠光體P）。 2.2.3 管側(cè)硬度檢查 在焊縫處開始，01mm的范圍內(nèi)選取11點，進行檢查，結(jié)果見圖4。 P91管的淬火硬度為HM300。此硬度表明，淬火區(qū)的馬氏體已經(jīng)發(fā)生了回火轉(zhuǎn)變，因此P91管高頻焊接后不需要進行熱處理。因為管子淬火冷卻后，在隨后的翅片焊接中又受到臨近效應(yīng)的影響，重復(fù)受熱，相當于回火處理。因此淬火組織已完全轉(zhuǎn)變成回火組織，消除了淬硬裂紋產(chǎn)生的可能性，因此沒有必要再重復(fù)進行回火處理。 2.2.4 剝帶檢查 （1）焊著率檢查將支翅片管剝開23圈，每隔120°測一次，取焊縫平均寬度。依據(jù)焊著率=實際焊縫寬度

8、/鋼帶名義厚度，取樣測算焊著率，數(shù)據(jù)見表4。 （2）焊著強度檢查將試樣加工成單翅片試件，并在兩側(cè)焊上拉伸桿，如圖5所示。抗拉強度按高頻電阻焊螺旋翅片管技術(shù)條件標準規(guī)定，焊著強度的檢測結(jié)果見表5。 2.2.5 繞片前后及剝片前后管的沖擊試驗 對比檢查方法：分別選擇了繞片前管材、剝開翅片后管側(cè)母材、刨去焊縫熱影響區(qū)后管母材進行沖擊試驗，結(jié)果見表6。 2.2.6 模擬工況熱處理檢查 檢查方法：按翅片管使用的溫度變化狀況，制定了比使用工況的熱處理更加嚴格的方案，按圖5在翅片管上取弦長30mm的單片樣品5件，對其反復(fù)做5次升降溫處理。再按圖5結(jié)構(gòu)做抗拉試驗，測出抗拉強度。工作溫變過程及熱處理曲線見圖6。

9、 熱處理試驗后的抗拉強度試驗結(jié)果見表7。 由表5表7的結(jié)果可見：翅片管試樣的焊著強度在熱處理前后基本一致， 都能滿足使用工藝要求，符合標準要求。 3 產(chǎn)品的焊接 3.1 焊接工藝（見表2） 3.2 焊接過程狀況 電壓：陽極電壓在焊接過程中，隨柵流變化做50100V幅度的變化。 電流：陽極電流在焊接過程中，隨柵流變化做0.10.3A幅度的變化。 焊合點狀況： 焊合點處發(fā)出耀眼的黃白色光，且連續(xù)穩(wěn)定。 4 產(chǎn)品整體性能試驗 刮聲：翅片管任選部位做刮聲試驗，均發(fā)出清悅的聲音。焊后修整：翅片管身上沒有明顯的翅片接頭痕跡，帶頭過渡圓滑，與管表面平滑過渡。 外觀尺寸檢查：翅片高度14.815.4mm（標準25mm）；螺距5.956.05mm（標準3.840mm），翅片傾斜度0°4°（標準8°）， 直線度0.30.8mm（標準1mm/m），58mm全長（標準10mm/全長）。 水壓試驗：按圖紙要求對此翅片管進行12MPa的水壓試驗，在加