成形后的管坯送入焊接機組,焊接成鋼管。焊管都有一條焊縫(直縫或螺旋焊縫)可以搭接,也可以對接。目前大多數采用對接,搭接的焊管越來越少。
對接焊管的焊接方法有很多,其中主要有:
1. 壓力焊,是利用金屬加熱至焊接溫度,并在壓力下焊合,如爐焊、電焊等;
2. 熔化焊,是利用金屬熔化而焊合在一起,如電弧焊、等離子焊、電子束焊等。
此外,還有釬焊等專門用于小直徑管焊接。目前直徑小于610mm的中小直徑焊管主要采用高頻電焊,大直徑管則采用埋弧電焊。
一、感應焊與電阻焊
高頻焊接主要是利用高頻電流的趨膚效應和臨近效應,使電流高頻集中在待焊邊上,從而能在百分之一秒時間內將其加熱到焊接溫度(1250~1430℃),然后在擠壓輥的作用下進行壓力焊接。根據向被焊件饋電方式不同,可分為感應焊和電阻焊(接觸焊)。
感應焊通常是在距會合點30~300mm處繞管坯套上一感應器。根據被焊件形狀不同,感應器用平面的或曲面的空心水冷導體材料制成。當感應器通過高頻電流時,管坯上感應出電流,由于鄰近效應,極大部分電流沿待焊邊流過,并在會合點形成回路。為了減少這部分無效電流,采用內外磁導體,其長度應等于感應器的長度。感應焊主要用于Φ150~160mm以下的焊管機組。
接觸焊是借助于兩個觸頭(電極或焊腳)把高頻電流傳到管坯上。焊接電流沿管坯坡口兩側流過,并通過擠壓輥附近的坡口兩側會合點形成回路。在管兩側坡口上的電流方向是相反的,因此,鄰近效應使電流集中于坡口的表面,電流頻率越高,電流就越集中于其表面。管內的阻抗器提高了坡口加熱的集中程度,因為它增大了電流環繞管坯流過的感抗。接觸焊一般用于較大直徑焊管機組的生產。兩種方法的原理如圖15-14所示。
上述兩種焊接方法具有一系列優點:焊縫熱影響區小,加熱速度快,焊接速度高,焊縫質量好。
二、電阻焊和感應焊的特點
1. 感應焊的特點
感應焊由于線圈包在被焊鋼管的外部,從根本上消除了電阻焊由于電極的開路所引起的設備故障,從而提高了設備利用率和降低了成本;焊接過程穩定,焊接質量好,焊縫表面光潔;因為沒有電極壓力,最適用于焊接薄壁管;由于不用觸點材料,不僅節約了貴重的有色金屬,而且也消除了因更換電極而造成的停機;焊接調整比較容易和方便。但感應焊最大的缺點是功率消耗比電阻焊大,而且焊速也比電阻焊低。
2. 電阻焊的特點
由于電阻焊的熱能高度集中于焊縫上,焊速較高;焊接質量好,主要體現在沒有“跳焊”現象;熱影響區小,自冷作用強,焊縫不易氧化;耗電少,效率高;焊接區平滑、美觀;焊接用電極結構簡單,消耗低,容易調整。但由于部分回路采用的是高壓,因此要求高的絕緣度;屏蔽不好時,高頻信號對電訊器材有干擾,對人體也有一定危害。
三、其他焊接方法
電弧焊接是利用電極間電弧放電原理產生的高溫,使焊絲和待焊金屬熔化而焊合。其中埋弧焊接在生產大直徑鋼管中應用極為廣泛。埋弧電焊管生產中分直縫和螺旋焊縫兩種,直縫焊根據管子壁厚和耐壓要求采用單面焊或雙面焊,螺旋焊一般采用雙面焊。
1. 埋弧焊接
鋼管埋弧焊接在帶有自動焊關的專用電焊機上進行,如圖15-15所示。待焊鋼板或焊縫對接處有坡口,在焊接過程中有送絲機構將焊絲盤上的焊絲連續不斷地送入此坡口之內,維對和被焊管筒坡口之間形成電弧,借助于電弧將焊絲和被焊管壁熔化。而粒狀焊藥由貯料槽內經過金屬送入焊絲之前,覆蓋著焊接口,當焊頭或被焊鋼管移動速度于焊接速度一致時,焊接過程繼續進行。焊縫上覆蓋的焊藥70%~80%未熔化,由吸收嘴吸收并回送到焊藥貯料槽內,以便再次使用。熔化金屬最初呈液體狀態,然后冷卻成致密的焊縫,而緊貼在熔化金屬表面上熔化的焊藥冷卻后形成極易清除的硬殼。
2. 保護弧焊
保護氣體電弧焊接電極的性質分為鎢極電弧焊(TIG)和熔化極電弧焊(MIG).
A TIG電弧焊
TIG電弧焊管裝置如圖15-16所示,其鎢極不熔化,只利用鎢極與焊件之間的電弧所產生的高溫,使帶鋼邊部熔化形成熔池,在一定壓力作用下將帶鋼邊部焊合。為防止氧化,電弧和熔池均處于惰性氣體保護之下,電極在焊接處于上方1.5~3mm,距離太大造成熱量散失,金屬加熱不良。電弧柱的溫度約為5000~8000℃,電弧產生的熱量和電弧的電流強度及電壓成比例。
B MIG電弧焊
MIG電弧焊所有電極是與金屬相同或相近的金屬焊絲。在焊接過程中,電極同時熔化,在惰性氣體保護下,熔化的焊絲滴入熔池中,由電極金屬和帶鋼金屬形成焊縫。
3. 等離子焊接
等離子焊接原理如圖15-17所示,其是利用于等離子電弧進行焊接的方法。當在鎢極于被期金屬之間加上高壓時,通過高頻振動器使氣體產生電離而形成等離子體,在機械壓縮效應的作用下,電弧被壓縮在很小的范圍內,使其高度集中,溫度達16000~3000℃.在電弧柱中的氣體被電離成等離子體。其導電性和導熱性好,能集中很大的電流。等離子焊適用于不銹鋼和其他難熔金屬的焊接。
4. 電子束焊接
電子束焊接是由電子發射槍的電子群在高壓下成為高速電子束轟擊金屬,使其熔化加壓前進行焊接。這種方法主要應用于不銹鋼和高合金鋼焊管的生產中。根據電子束焊接室的真空度可分為真空電子束焊、等離子電子束焊、局部真空電子束焊和非真空電子束焊4種。