低铬不锈钢高频感应焊管试制

在HFW355高频感应焊管生产线成功试制φ159m m×3.5m m低铬不锈钢高频感应焊管的规格。通过调整焊接工艺、焊后热处理工艺和矫形工艺，获得了尺寸精度高、焊接性能优异的直缝不锈钢焊管。与传统的等离子焊接钢管相比，具有生产效率高、焊接成型美观、接头性能、尺寸、形状精度大大提高的特点，对铁素体不锈钢焊管的生产、制造、推广和应用具有重要意义。

目前，高频感应焊接不锈钢已逐渐广泛应用于我国，如汽车排气管行业大量采用高频感应焊接方法生产409L等牌铁素体不锈钢焊管，更多的是生产各种规格和形状(如方管)的普通碳钢焊管，也有少数生产线焊接奥氏体不锈钢焊管。

本文试制了铬含量为12%的低铬铁素体不锈钢高频感应焊管，规格为φ159mm×3.5mm，对焊管的尺寸精度和焊接接头性能要求较高。德国 是一种高频感应焊接设备** S Elotherm GmbH 生产的HFW355(大焊管直径355mm）机组。

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目前，我国采用高频感应焊接方法制造碳钢焊管的技术已经非常成熟，得到了广泛的应用。然而，不锈钢焊管，特别是铁素体不锈钢焊管，应用较少，技术积累较少。低铬铁素体不锈钢是不锈钢家族中成本低、耐腐蚀性低、焊接性能差的品种。主要用于耐腐蚀性要求低的场合。目前，它已广泛应用于金属制品和一些结构部件。

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12Cr铁素体不锈钢的成分和性能

采用的12%Cr铁素体不锈钢符合要求EN10088－2、EN10028－7标准及ASTM A240标准、成分和性能1.4003不锈钢接近。试验材料为热轧退火酸，退火温度为690~720℃，厚度为3.5mm。碳和氮含量控制在提高材料的综合性能上0.01在%左右的同时，添加以更好地稳定铬，提高耐腐蚀性。

表11试验12%Cr铁素体不锈钢的化学成分

图1是12%Cr铁素体不锈钢室温金相组织量马氏体，晶粒度在8级以上。

表2是测试材料的典型力学性能，即使是不锈钢-40℃冲击韧性也很好。

12Cr铁素体不锈钢焊接性能

常规焊接方法如MAG、TIG当等离子焊接铁素体不锈钢时，由于铁素体组织固有的晶粒易于加热和生长，且在热循环过程中没有相变，焊接接头HAZ粗晶区(焊接峰值温度为1200℃ - 熔点间隔)机械性能，特别是冲击性能，如单道焊热输入>1kJ/mm室温下的等离子焊接接头冲击试验呈脆性断裂，冲击韧性<20J/cm2 (结构焊接接头冲击韧性的低要求35J/cm2)，这一特点极大地限制了不锈钢在工业领域的推广和应用。

因此，对于12Cr为了获得合格的焊接接头，铁素体不锈钢的工艺要点是尽量减少焊接热输入和焊接HAZ，控制HAZ粗晶区域的晶粒尺寸。通过调整焊接参数，选择合适的焊接方法，高频感应焊接方法作为固相连接无疑是一种理想的焊接方法。

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12Cr铁素体不锈钢高频感应焊接工艺

焊接工艺试验表明，由于机组的特殊性，设备制造商无法调整部分工艺参数，如电压和频率。可调焊接参数包括焊接速度、焊接电流、气体保护模式和流量。由于低铬铁素体不锈钢具有较强的铁磁性，其导热性和机械性能与碳钢相似，因此可与碳钢共用生产线。调试优化后的参数如表3所示。

图2~图7为焊接现场图，焊管生产线长度约为200m。

调试后的电流控制好的前提下，调试后的电流控制在70~75A，控制焊接速度18~20m/min，氩气内外保护，避免焊接区域严重氧化和焊缝开裂，由于挤压辊挤压塑料焊缝金属，产生毛刺，所以用刮刀刮毛刺，避免应力集中，同时获得良好的圆度和外观，如图8所示

成品焊管的组织和性能

取样试制成功的高频焊管，观察焊接接头的金相组织，检测机械性能，包括拉伸、冲击和扁平试验，测量成品焊管的不圆度和直线度，分析是否满足使用要求。

（1）金相组织观察

图9是高频感应焊接接头的焊接中心HAZ组织，为了比较，图10是等离子焊管焊缝中心和HAZ组织。可见高频焊接接头焊缝宽度很窄，只有不到1mm，HAZ宽度则小于0.5mm；同厚度等离子焊管的焊缝宽度一般为3~5mm，热影响区宽度为5mm左右。

通过对比可以看出，高频感应焊接接头的焊缝中心和HAZ晶粒尺寸小，晶粒度在6级以上，等离子焊接接头的焊接及HAZ晶粒生长严重，晶粒度在0级以上。根据金属原理，晶粒尺寸越大，材料的塑性韧性越差。因此，与等离子焊接接头相比，高频感应焊接获得的接头具有优异的机械性能。

(2)接头力学性能检测

拉伸、压扁、冲击等常规性能试验进行了机械性能试验。压扁试验结果如图11所示。

与现有等离子焊管的机械性能数据相比，两者的拉伸和扁平试验结果相同，冲击吸收能量大大提高，半尺寸样品等离子焊接接头的焊接中心和HAZ的室温冲击吸收能量平均值只有8~10J，远低于高频感应焊接接头的冲击吸收能，工程实用性差。HFW焊接接头性能试验结果表明，晶粒尺寸细化大大提高了材料的塑韧性，大大提高了低铬铁素体不锈钢焊管的应用领域。

（3）尺寸精度检测尺寸精度包括外径偏差、直线度、不圆度（大直径与小直径之间的差异），也是焊接管的重要性能指标。许多用户对尺寸精度有很高的要求。通过调整在线焊接后的热处理和直径校准参数，HFW焊管的尺寸精度远高于传统的离线定径校直方法。

在一只6m长成品焊管管上选择6个不同的位置，在同一位置的12点到5点分别测量外径。测量结果如表5所示，外径偏差为±0.3mm圆度也小于0.5mm。直线度检测结果表明，成品焊管的直线度<0.5mm/m，这种尺寸和形状精度远高于行业标准，可以完全满足高尺寸形状精度的应用，如带式输送机辊筒、高尺寸精度焊接管，大大降低径向圆跳动值，降低传输过程中的阻力，

提高传输效率。

结语

通过调整工艺参数，成功试制了规格f 159mm×3.5mm的12Cr铁素体不锈钢高频感应焊管。铁磁性强的低铬铁素体不锈钢可与碳钢共用同一高频感应焊管机组。由于焊接方法的特殊性和在线热处理和直径校准工艺的连续性，与传统弧焊方法相比，焊管具有接头组织小、机械性能优异、尺寸形状精度高、生产成本低、效率高等优点。它是铁素体不锈钢焊管生产的发展方向之一。