高频焊管生产控制过程的几个认识误区

1 高频焊管生产中焊接气体保护装置的可行性

要说清楚这个问题， 首先需要回顾一下焊接过程中的气体保护来源以及适用范围。 熔化极气体保护焊 （GMAW）包括二氧化碳气体保护焊 （MAG）、 惰性气体保护焊 （MIG/TIG）， 主要使用气体为CO2、 Ar 或其混和气体。 GMAW 焊接有一个共同的特点， 即熔融焊接， 最后熔融的焊丝会成为服役金属的一部分， 所以必须对熔融金属进行保护， 避免氧化， 确保熔池纯净， 配合焊丝成分的调整达到硅锰过渡和保护作用， 形成性能和形貌满足要求的焊缝。

高频焊接 （HFW） 的特点是熔融加顶锻焊接， 带钢边缘通过线圈或接触焊脚加热， 融化的金属、 夹杂物、 加热产生的氧化物最后是被挤压出去的， 它没有焊丝的外来金属填充。 可以说， 合格的HFW 焊缝， 里面只应该有母材炼钢带来的成分， 没有任何外来的金属和非金属夹杂物。 另外， 从焊接过程来讲， GMAW 焊接是仅仅针对焊接熔池、 电弧及熔滴过渡区域进行保护， 是一个点保护的概念， 所以在操作上是可行的， 也是必要的。

HFW 焊接是开口的荒管在动态轧辊中配合高频设备， 一边形变一边进行焊接。 对于小直径焊管， 没有上挤压装置的， 焊接区可以做一个箱体， 将加热焊接整体部位浸没在CO2或者是惰性保护气体里面。 对于中大直径的焊管， 其开口角大、 加热距离长， 过程涉及到的面积就大， 相对复杂。 焊接加热区域V 形角的边长就达到几百毫米， 气体保护不光在焊接区域的外面， 还涉及到管子的内表面， 以及对接焊的融合面。 中大直径焊管的挤压焊接区域， 挤压辊都是4 辊以上， 拥有2 个上挤压辊， 机组庞大， 如果使用气体保护焊， 需要保护的空间也相对大很多， 气体用量会非常巨大， 供应会出问题。 而大量CO2或者是惰性气体带来的无组织排放的危险， 则是生产不可承受之重， 因此不具备可操作性。 2015 年， 宝钢做过CO2气体保护高频焊的试验， 对V 形角区域过量输入CO2气体， 除了焊接飞溅被压制， 产品的金相、 拉伸、 冲击等性能与没有气体保护相比， 并没有明显的提高。

综上所述， 由于HFW 焊接过程中所有的熔融金属、 氧化物、 夹杂物最终被挤压出去， 不参与服役， 以及焊接成型加热过程的特殊性， HFW 气体保护焊是不适用、 不可行、 也没有必要的。 日本相关研究也仅仅停留在实验室和理论阶段， 实际工程未见应用。

2 高频焊接过程中测温的可行性

HFW 焊接过程， 是带钢边缘金属融化、 顶锻焊接的过程， 存在固相和液相两相共存的现象。 大家都知道， 一旦出现固液两相共存， 这个时候的温度就进入了平台区， 不管你热输入再如何增加， 温度是不会再上升的。 所以， 对于HFW 焊接过程， 测量出来的温度理论上始终都是铁融化的温度1 500 ℃左右， 这个就是铁固液共存的两相区， 平台温度。

环境的影响也会导致测温不准。 在焊接区域存在严重的水、 汽、 焊接飞溅、 磁场干扰等影响。 常规配备使用带吹气功能的红外测量装置， 测温头距离焊接点300 mm， 刚开始测量时温度反馈尚可， 随着生产进行， 焊接飞溅模糊了测温头的镜片， 水汽侵染了镜头， 红外测温就不准， 需要不断更换镜片。 比如， 我们明明知道焊缝熔合区的温度已经达到了1 500 ℃左右， 金属已经融化， 但是测量出来的温度只有800～1 200 ℃， 这是因为水、 汽、 飞溅严重干扰了红外测温仪的测量。 另外， HFW 焊接加热过程是针对整个V 形角加热的过程， 距离焊接点越近， 温度越高。 红外测量装置需要严格对应这个温度点， 生产人员一般不会进入高频焊接区域， 一旦装置偏斜， 加上焊接的前后微量波动， 存在测量不准的风险。

采用面温测量仪可以放置在较远的区域， 不受飞溅干扰， 但也存在水、 汽的干扰。 刚开始使用时， 能准确反映整个V形角区域的温度， 但使用时间长了之后， 受高频区域磁场影响较大， 设备有磁化现象， 测量结果会逐渐失真。 从我们做过的历史试验来看， 不管是采用单红外测温仪、 双红外测温仪、 还是面温测量仪， 测量出来的结果都是一致的， 即要么测不出来， 要么测出来不准， 或者测出来的最高温度始终不变， 均为铁融化的固液两相共存温度 （面温测量仪测量的结果）。因此， 可以得出， 使用温度测量来控制HFW 焊接从理论上是可行的， 但实际操作困难， 维护成本太高。

HFW 焊接过程中， 目前比较可靠的还是电流、 电压、 功率输入控制， 以及人工观察监测外毛刺形态的变化， 从而监测有效热输入的变化。 选择适当、 足量的挤压量， 确保实现锻造焊接， 把所有成型焊接过程之中产生的夹杂氧化物都挤压出去， 确保焊缝干净纯洁。 同时， 严格执行在线压扁、 在线探伤、 离线取样， 以及实验室快速出结果 （特别是金相和冲击试验） 确保整个焊接过程质量受控。 这些过程控制才是HFW 焊接的工艺控制要点。