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薄板不锈钢焊接成本的分析与对比
作者:杨宝雷 来源:颇尔过滤器(?#26412;?#26377;限公司 阅读:3220 时间:2007-04-22 23:57:22 栏目:行业新闻

目前的不锈钢压力容器生产企业,普遍采用的主要焊接方法均为成熟的焊接工艺,如钨极?#19981;?#28938;(GTAW)、焊条电弧焊(SMAW)、药芯焊丝电弧焊(FCAW)、埋弧自动焊(SAW)等。对于4~10mm的1Cr18Ni9Ti薄板不锈钢,主要采用钨极?#19981;?#28938;(GTAW)、焊条电弧焊(SMAW)和药芯焊丝电弧焊(FCAW)?#27426;?#23545;于4~10mm的304薄板不锈钢(相当于我国的0Cr18Ni9),则主要采用钨极?#19981;?#28938;(GTAW)、焊条电弧焊(SMAW),由于药芯焊丝电弧焊(FCAW)采用的保护气体为Ar+CO2,易使焊接接头产生增碳问题,导致其耐腐蚀性能下降,故对于低碳、超低碳不锈钢的焊接,一般情况下不采用药芯焊丝电弧焊。

本文以板厚8mm的低碳、304不锈钢为例,对其常用焊接方法及焊接成本进行分析和对比。 

焊接方法分析 

钨极?#19981;?#28938;采用的保护气体为纯Ar,焊接时它既不与金属起化学反应,也不溶解与液态金属中,故可以避免焊缝中金属元素的烧损和由此带来的其它焊接缺陷,同时因其密度较大,在保护时不易漂浮散失,保护效果好。该焊接方法由于热源和填充焊丝是分别控制的,热量调节方便,使输入焊缝的焊接线能量更容易控制,故适合于各种位置的焊接,也容易实现单面焊双面成型。钨极?#19981;?#28938;的最大缺点是熔深浅、熔敷速度慢、生产效率低,因而其焊接变?#25105;?#23601;较大。 

焊条电弧焊由于操作灵活、方便,焊接设备简单、易于移动,设备费用比其它电弧焊方法低,因而得到了广泛的应用。该焊接方法与熔化极气体保护焊(GMAW)、埋弧自动焊(SAW)等焊接方法相比,其熔敷速度慢及熔敷系数低,并且每焊接完一条焊道均需要清理熔渣,而坡口内的清渣是比较繁琐的。 

熔化极惰性气体保护焊(MIG焊),由于采用Ar或在Ar中添加了少量的O2作为保护气体,因而其电弧稳定,熔滴细小且过渡稳定,飞溅很小。该焊接方法的电流密度高、母材熔深深,因而其焊丝的熔化速度和焊缝的熔敷速度高,焊接生产效率高,尤其适于中等厚度和大厚度结构的焊接。该焊接设备比较复杂,设备成本较高。 

表1给出了薄板不锈钢常用焊接方法的相关数据。该表中的GTAW焊的熔敷速度为?#23548;?#27979;量的数据。 

表1 薄板不锈钢常用焊接方法数据 
焊 接 方 法 TIG SMAW MIG 
热源 最小加热面积(cm2) 10-3 10-2 10-4 
特性 最大功率密度(W/cm2) 1.5×104 104 104~105 
热效率(功率有效系数) 0.77~0.99 0.77~0.87 0.66~0.69 
焊接电流(A) 100~130 170~200 200~300 
焊接速度 焊材?#26412;?mm) Φ2.4 Φ4.0 Φ1.2 
及效率 熔敷速度(g/min) 7~10 18~22 75~85 
熔敷效率(%) 98~100 55~60 96~99 

低碳、超低碳薄板不锈钢焊接成本对比 

对于薄板不锈钢压力容器,由于其特殊性及相关标准的要求,因而对打底焊的焊缝背面的质量要求比较高。

对于打底焊而言,钨极?#19981;?#28938;(GTAW)均优于焊条电弧焊(SMAW)、熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)等焊接方法,这主要是由于热源和填充焊丝是分别控制的,热量调节方便;同时,该种焊接方法对焊工的操作技能、接头的组对质量要求不高。因此,对于单面焊双面成型的焊接接头,其打底焊均采用钨极?#19981;?#28938;(GTAW)。对于不锈钢的焊接,焊接?#21271;?#39035;充背面保护气(通常为纯Ar),以防止焊缝背面的氧化。 

1 焊接成本对比 

表2给出了板厚8mm、材质304不锈钢对接接头的焊接成本对比。表中的焊材、气体及工资的价格均是按照目前的价格进行计算的。GTAW焊的Ф2.4mm的焊丝是直条的,长度为36英寸,每根焊丝的剩余长度约80~100mm;不锈钢焊条的剩余长度约50~80mm。 

表2 薄板不锈钢常用焊接方法的成本对比
焊 接 方 法 GTAW GTAW+SMAW GTAW+MIG 
施 焊 条 件 V?#25512;?#21475;,对接接头,单面焊双面成型。 
母材厚度为8mm,材质为304;坡口角度70°,钝边0mm, 根部间隙2.0mm 
焊丝?#26412;?打底焊 Φ2.4 Φ2.4 Φ2.4 
(mm) 填充及盖面 Φ2.4 ---- Φ1.2 
焊条?#26412;?打底焊 ---- ---- ---- 
焊 (mm) 填充及盖面 ---- Φ4.0 ---- 
接 焊接电流 打底焊 110 110 110 
规 (A) 填充及盖面 130 170 140 
范 电弧电压 打底焊 12 12 12 
(V) 填充及盖面 12 24 24 
焊缝厚度 打底焊 2.5 2.5 2.5 
(mm) 填充及盖面 5.5 5.5 5.5 
气体流量(L/min) 20 20 20 
需要金属量 打底焊 74.4 74.4 74.4 
(g/m) 填充及盖面 407.9 407.9 407.9 
综合熔敷效率 打底焊 90 90 90 
焊 (%) 填充及盖面 90 48 98 
材 焊材消耗量 焊 丝 535.9 82.7 82.7+416.2=498.9 
费 (g/m) 焊 条 ---- 849.8 ---- 
用 焊材单价 焊 丝 70.0 70.0 70.0 
(元/kg) 焊 条 ---- 34.0 ---- 
焊材费用(元/m) 37.51 5.79+28.89=34.68 34.92 
熔敷速度 打底焊 7 7 7 
气 (g/min) 填充及盖面 10 20 80 
体 燃弧时间 打底焊 10.6 10.6 10.6 
费 (min/m) 填充及盖面 40.8 20.4 5.1 
用 气体单价(元/L) 0.003 0.003 0.003/0.012 
气体费用 焊接气体 3.09 0.64 1.85 
(元/m) 背面保护气体 3.09 1.86 0.95 
其它时间 层间冷却时间 3×20=60 3×20=60 1×20=20 
其 (min/m) 清渣时间 3×3=9 1×3+2×10=23 1×3=3 
它 总作业时间(min/m) 120.4 114.0 38.7 
费 工?#23454;?#20215;(元/h) 11.36 11.36 11.36 
用 工资费用(元/m) 22.80 21.58 7.33 
电力费用(元/m) 0.64 0.92 0.26 
焊接成本(元/m) 67.13 59.68 45.31 

当然,焊接成本还包括焊接设备的折旧、维修等费用。由于该费用很少,故本文未予考虑。 

各种焊接数据的计算公式为: 

焊材消耗量=需要金属量÷综合熔敷效率 
焊材费用=焊材消耗量×焊材单价 
燃弧时间=需要金属量÷熔敷速度 
气体费用=气体流量×燃弧时间×气体单价 
总作业时间=燃弧时间+其它时间 
工资费用=总作业时间×工?#23454;?#20215; 
电力费用=(焊接电流×电弧电压×燃弧时间×单价)÷60000 
焊接成本=焊材费用+气体费用+工资费用+电力费用 

2 焊接成本分析 

以往的资料所进行的焊接成本对比,均是九十年代初的相关数据,它是在不同坡口尺寸条件下进行的,且主要是对?#20960;幀?#20013;厚板常用的药芯焊丝电弧焊、实芯焊丝CO2电弧焊、焊条电弧焊等焊接方法进行成本对比与分析。

表2的焊接成本是对于相同的坡口尺寸、薄板不锈钢进行对比的。市场经济条件下的产品随客户要求的不同而不同,且对于生产制造企业而言,产品?#19981;?#38543;不同板厚而采取更加经济的焊接工艺。因此,相同类别的焊接接头,如果采用不同的坡口尺寸,会给生产带来许多弊端和不便。 

由表2的数据可以看出,对于70°的V?#25512;?#21475;、304材质、8mm板厚的对接次之,GTAW+MIG最低。GTAW+MIG的焊接成本约为GTAW的67%左右,其焊接生产效率为GTAW的3.1倍左右。不仅如此,由于MIG焊的焊接热输入少,因而GTAW+MIG的焊接变形比GTAW要小的多,它更有力于产品的质量保证。 

结论 

通过表2的焊接成本对比,可以得到如下结论: 

(1) GTAW+MIG焊的焊接成本低,生产效率高,应加以推广应用。 

(2) 对于薄板不锈钢的焊接,提供了焊接方法的选择依据。

 
 
 
 
   
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