对高频焊接翅片管的分析
8页1、对高频焊接翅片管的分析摘要:通过对翅片管的金相、硬度、焊着率、焊着强度的检验和模拟工况处理试验、冲击试验、水压试验,证明 SA335P91 钢管和 0Cr13 钢带螺旋翅片管的焊接工艺是可靠的,该类翅片管焊接后不用热处理。 关键词:高频焊接;焊接工艺;检验;分析 高频焊接螺旋翅片管(以下简称翅片管)是在上世纪 50 年代初研制的连接管材、型材等的一种高效节材焊接方法基础上,于 70,80 年代逐步发展成熟来的一种焊接方法。由于翅片管传热面积较大,传热效率更高,压降较小,所以在燃气炉及油气混合料加热炉中,综合换热性能明显优于同规格、材质的普通换热管、钉头管。以其为核心元件的各种换热设备在电力、化肥、化工、炼油装置里得到越来越广泛的应用。 自上世纪 80 年代初,茂名石化机械厂就开发生产了翅片管,随着翅片管生产技术和生产装备技术不断提高,生产的翅片管的种类越来越多。不论是从产品的种类、质量上,还是在生产能力上,都已达到国内领先水平。同时焊接接头的抗拉强度及焊着率等重要质量指标均已达到或超过国内高频电阻焊螺旋翅片管技术条件和国外(API 标准)的专业标准,已成为国内该类设备的制造基地。 在生
2、产过程中,对各类翅片管进行了相应的检验检测。在此通过对翅片管中焊接难度较大的一类 SA335 P91 耐热钢管与 0Cr13 钢带焊接质量的检测,从而对其焊接工艺进行分析,以期更好地开发和推广该类产品。 1 焊接工艺性能分析 1.1 基本原理 翅片管是在无缝钢管外圆上按一定的螺距缠绕钢带(钢带垂直于钢管外圆的表面),以高频电流作焊接热源, 利用高频电流的集肤效应和电热效应,局部加热钢管与钢带的接触面及待焊区,使接触面达到塑性可焊状态,同时在翅片外侧施加顶锻力将接触处的金属氧化物、局部熔化物以及多余的塑态金属挤出,使钢管与翅片材料之间达到固态原子间的结合,从而实现接触面的塑性焊接,如图 1 所示。 1.2 SA335 P91 耐热钢管和 0Cr13 钢带的焊接性 1.2.1 母材的材质状况见表 1。 1.4.2 管带母材的焊接性能分析 P91 属于 ASME 标准中的耐热钢牌号,相当于国内的 9Cr1Mo 钢,由于其合金含量较高,其组织特征为马氏体,具有相当高的空脆特性,供货状态为正火状态。在焊条电弧焊、氩弧焊等焊接方法中焊前预热和焊后热处理都是必不可少的。 0Cr13 钢带属于铁素体
3、-马氏体不锈钢,该类钢高温时在(+ ) 区, 快冷时, 可转变成 M (马氏体),常温成铁素体- 马氏体组织,由于有部份 转变成 M,该类钢有部分热处理强化作用。在一般焊接中,该类钢的焊接具有淬硬裂纹倾向。在两相区加热时间过长时,也有铁素体长大的倾向,加剧了焊接应力对焊缝的破坏作用。 但在翅片管高频焊中,由于焊接过程中高频电流的电热效应高度集中,电流穿透深度和影响区域都很小,仅限于宽 23mm,深 0.20.4mm 的窄小范围内,发生热影响区相变,而由于邻近效应、电热效应造成的加热和热传导等原因使管上焊合点前 2050mm,后80120mm 范围内持续一定时间的加热、升温、降温的过程,起到了焊前预热,焊后回火的作用,可以消除其产生的淬硬裂纹倾向,这一点可以在后面的金相分析和硬度检验中得到证明。 另外,由于高频焊具有焊接速度快、加热过程短、母材熔融量小,且熔化金属基本上被全部排开、热影响区相当窄小、主要靠原子力结合的特点,所以因材质原因造成对母材的不良影响比较小。试验证明可以忽略。 2 工艺评定 2.1 试样的制备及焊接 2.1.1 焊接处理、顶锻轮及电极的准备 对管料进行打砂处理,消除
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