高頻焊管生產控制過程的幾個認識誤區

1 高頻焊管生產中焊接氣體保護裝置的可行性

要說清楚這個問題， 首先需要回顧一下焊接過程中的氣體保護來源以及適用范圍。 熔化極氣體保護焊 （GMAW）包括二氧化碳氣體保護焊 （MAG）、 惰性氣體保護焊 （MIG/TIG）， 主要使用氣體為CO2、 Ar 或其混和氣體。 GMAW 焊接有一個共同的特點， 即熔融焊接， 最后熔融的焊絲會成為服役金屬的一部分， 所以必須對熔融金屬進行保護， 避免氧化， 確保熔池純凈， 配合焊絲成分的調整達到硅錳過渡和保護作用， 形成性能和形貌滿足要求的焊縫。

高頻焊接 （HFW） 的特點是熔融加頂鍛焊接， 帶鋼邊緣通過線圈或接觸焊腳加熱， 融化的金屬、 夾雜物、 加熱產生的氧化物最后是被擠壓出去的， 它沒有焊絲的外來金屬填充。 可以說， 合格的HFW 焊縫， 里面只應該有母材煉鋼帶來的成分， 沒有任何外來的金屬和非金屬夾雜物。 另外， 從焊接過程來講， GMAW 焊接是僅僅針對焊接熔池、 電弧及熔滴過渡區域進行保護， 是一個點保護的概念， 所以在操作上是可行的， 也是必要的。

HFW 焊接是開口的荒管在動態軋輥中配合高頻設備， 一邊形變一邊進行焊接。 對于小直徑焊管， 沒有上擠壓裝置的， 焊接區可以做一個箱體， 將加熱焊接整體部位浸沒在CO2或者是惰性保護氣體里面。 對于中大直徑的焊管， 其開口角大、 加熱距離長， 過程涉及到的面積就大， 相對復雜。 焊接加熱區域V 形角的邊長就達到幾百毫米， 氣體保護不光在焊接區域的外面， 還涉及到管子的內表面， 以及對接焊的融合面。 中大直徑焊管的擠壓焊接區域， 擠壓輥都是4 輥以上， 擁有2 個上擠壓輥， 機組龐大， 如果使用氣體保護焊， 需要保護的空間也相對大很多， 氣體用量會非常巨大， 供應會出問題。 而大量CO2或者是惰性氣體帶來的無組織排放的危險， 則是生產不可承受之重， 因此不具備可操作性。 2015 年， 寶鋼做過CO2氣體保護高頻焊的試驗， 對V 形角區域過量輸入CO2氣體， 除了焊接飛濺被壓制， 產品的金相、 拉伸、 沖擊等性能與沒有氣體保護相比， 并沒有明顯的提高。

綜上所述， 由于HFW 焊接過程中所有的熔融金屬、 氧化物、 夾雜物最終被擠壓出去， 不參與服役， 以及焊接成型加熱過程的特殊性， HFW 氣體保護焊是不適用、 不可行、 也沒有必要的。 日本相關研究也僅僅停留在實驗室和理論階段， 實際工程未見應用。

2 高頻焊接過程中測溫的可行性

HFW 焊接過程， 是帶鋼邊緣金屬融化、 頂鍛焊接的過程， 存在固相和液相兩相共存的現象。 大家都知道， 一旦出現固液兩相共存， 這個時候的溫度就進入了平臺區， 不管你熱輸入再如何增加， 溫度是不會再上升的。 所以， 對于HFW 焊接過程， 測量出來的溫度理論上始終都是鐵融化的溫度1 500 ℃左右， 這個就是鐵固液共存的兩相區， 平臺溫度。

環境的影響也會導致測溫不準。 在焊接區域存在嚴重的水、 汽、 焊接飛濺、 磁場干擾等影響。 常規配備使用帶吹氣功能的紅外測量裝置， 測溫頭距離焊接點300 mm， 剛開始測量時溫度反饋尚可， 隨著生產進行， 焊接飛濺模糊了測溫頭的鏡片， 水汽侵染了鏡頭， 紅外測溫就不準， 需要不斷更換鏡片。 比如， 我們明明知道焊縫熔合區的溫度已經達到了1 500 ℃左右， 金屬已經融化， 但是測量出來的溫度只有800～1 200 ℃， 這是因為水、 汽、 飛濺嚴重干擾了紅外測溫儀的測量。 另外， HFW 焊接加熱過程是針對整個V 形角加熱的過程， 距離焊接點越近， 溫度越高。 紅外測量裝置需要嚴格對應這個溫度點， 生產人員一般不會進入高頻焊接區域， 一旦裝置偏斜， 加上焊接的前后微量波動， 存在測量不準的風險。

采用面溫測量儀可以放置在較遠的區域， 不受飛濺干擾， 但也存在水、 汽的干擾。 剛開始使用時， 能準確反映整個V形角區域的溫度， 但使用時間長了之后， 受高頻區域磁場影響較大， 設備有磁化現象， 測量結果會逐漸失真。 從我們做過的歷史試驗來看， 不管是采用單紅外測溫儀、 雙紅外測溫儀、 還是面溫測量儀， 測量出來的結果都是一致的， 即要么測不出來， 要么測出來不準， 或者測出來的最高溫度始終不變， 均為鐵融化的固液兩相共存溫度 （面溫測量儀測量的結果）。因此， 可以得出， 使用溫度測量來控制HFW 焊接從理論上是可行的， 但實際操作困難， 維護成本太高。

HFW 焊接過程中， 目前比較可靠的還是電流、 電壓、 功率輸入控制， 以及人工觀察監測外毛刺形態的變化， 從而監測有效熱輸入的變化。 選擇適當、 足量的擠壓量， 確保實現鍛造焊接， 把所有成型焊接過程之中產生的夾雜氧化物都擠壓出去， 確保焊縫干凈純潔。 同時， 嚴格執行在線壓扁、 在線探傷、 離線取樣， 以及實驗室快速出結果 （特別是金相和沖擊試驗） 確保整個焊接過程質量受控。 這些過程控制才是HFW 焊接的工藝控制要點。