薄壁钛焊管高频感应焊接在武汉试车成功

6月18日,武汉博金新材料科技有限公司利用湖南湘投金天新材料科技有限公司生产的0.5mm厚钛带卷,在具有自主知识产权的高频感应焊接实验线上一次性试车成功焊接完成了直径10mm的钛焊管,焊接速度超过80m/min,是氩弧焊的10倍以上,焊缝平整光滑,精度高,无气孔,质量稳定,成品率96%以上,产品下线后经过扩管试验,焊缝强度基本同等于母材。在此之前,武汉博金新材料科技有限公司已经完成了薄壁和超薄壁铜合金、不锈钢焊管的试生产,最小壁厚0.13mm,最快焊速超过150m/min。权威检测报告显示,产品宽度、高度、厚度、剪切精度、平整度、垂直度等各项精度指标均符合欧盟标准,焊管任一样本的爆破压力实测值相对标准偏差不大于10%。

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钛管具有优异的耐海水腐蚀性能,广泛应用于制造滨海电站、核电站、海水淡化、石油化工等需海水作冷却介质的冷凝器和热交换器。而钛焊管由于其壁厚更薄、厚薄均匀、管内不易结垢、传热系数高、生产效率高等综合优势,正在逐步取代钛无缝管。

当前我国钛焊管行业与日本、法国、韩国、美国等先进国家相比,存在很大差距,这除了受制于钛带卷原料国产化比较落后,更重要的是因为钛焊管生产的工艺水平、生产效率、产品品质、产品规格等还缺乏国际竞争力。

我国现有的钛焊管生产线均采用氩弧焊工艺,而且多为进口管线,技术消化尚不完全。氩弧焊存在加热速度慢、热影响区宽、焊后施加挤压力不到位、焊缝组织致密性不高、焊接速度较慢等局限。用于焊接钛焊管时,要么焊接区不易形成熔池,要么容易形成多种低熔点共晶物和氢气孔;要么难以完成焊接,要么焊接质量难以保证,容易产生热裂纹、变形和耐蚀性下降等现象。这主要是因为:钛的密度小,导热系数低,焊缝区容易产生粗大晶粒,形成过热组织而使塑性下降,焊接冷却较快又容易产生不稳定的脆性钛马氏体,同样使得焊接接头的塑性下降。钛的弹性模量小,焊接变形大,冷变形的回弹能力大,成形困难。钛在达到熔融状态的过程中,会与周围气态元素氢、氧、氮、碳发生剧烈的化学反应,生成化合物,严重影响焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能。

高频感应焊接是利用电磁现象的基本原理,使被焊接母材产生感应电流,再利用高频电流的集肤效应和邻近效应,使感应电流高度集中于待焊母材的待焊边沿,利用材料的电阻热加热母材,在极短的时间内将其加热到焊接温度,然后在挤压辊的挤压力作用下进行压力焊接。

高频感应焊接属于一种固相焊接方法,是以感应圈套在被焊管材外,不接触板材,仅产生极小的熔池,使待焊边沿达到热熔化状态,迅速施加顶锻力,在强大的挤压力作用下使金属间实现固相连接。只要管坯边缘的电流密度合适、加热过快,使焊缝热影响区过小,就可以形成晶粒紧密的金属键联结,使焊缝的性能增强。其次,金属氧化物与杂质的熔点一般都高于金属本身,液态金属氧化物或杂质的粘度一般也高于液态金属,在焊缝挤压成形过程中,这些金属氧化物和杂质就会被挤出而形成良好焊缝组织。

钛及钛合金与铜及铜合金一样,都属于非磁性材料,高频感应焊接速度要比磁性材料的焊接速度高得多,否则就会出现焊接困难、焊缝成形差的问题。由于焊接时受到强挤压,焊缝晶粒被细化而均匀,成为细密的锻造组织,而且焊接速度越快,焊缝晶粒度越小,焊后扩口率也越大。高频感应焊接技术在薄壁和超薄壁有色金属管制造领域具有显着优于其它焊接工艺的优势,尤其适合焊接形成熔池后易产生共晶物与气孔的钛及钛合金、铜及铜合金,以及易发生相变的超级不锈钢等特殊材料。