薄板不锈钢焊接成本的分析与对比
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，如钨极氩弧焊（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，主要采用钨极氩弧焊（GTAW）、焊条电弧焊（SMAW）和药芯焊丝电弧焊（FCAW）；而对于4～10mm的304薄板不锈钢(相当于我国的0Cr18Ni9)，则主要采用钨极氩弧焊（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
钨极氩弧焊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。钨极氩弧焊的最大缺点是熔深浅、熔敷速度慢、生产效率低，因而其焊接变形也就较大。
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焊的熔敷速度为实际测量的数据。
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：焊材直径(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，钨极氩弧焊（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氩弧焊（GTAW）。对于不锈钢的焊接，焊接时必须充背面保护气（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 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 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，且主要是对碳钢、中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，产品也会随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型坡口、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。
焊 接 方 法 GTAW GTAW+SMAW GTAW+MIG
施 焊 条 件 V型坡口，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
焊丝直径 打底焊 Φ2.4 Φ2.4 Φ2.4
(mm) 填充及盖面 Φ2.4 ---- Φ1.2
焊条直径 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 工资单价(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
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×工资单价
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
- 不锈钢的几种冶炼方法介绍
- 不锈钢是铬含量为10％～30％的合金钢，铬是主要的耐蚀成分。不锈钢具有漂亮的外观，闪闪发光，经久耐用。通过改变铬的含量，并添加其他合金元素，诸如镍、钼、锰、铜、钛、铌等等，即可形成奥氏体、铁素体、马氏体、双相和沉淀硬化不锈钢，并具有不同的显微组织、物理、化学和力学性能，以适应特殊的应用要求。 上世纪..
- 超纯铁素体不锈钢品种和精炼技术的进展
- 铁素体不锈钢系指含11%～30%Cr、在使用状态下组织结构以铁素体为主的Fe Cr或Fe Cr Mo合金。它具有比奥氏体不锈钢好得多的耐氯化物、苛性碱等应力腐蚀性能，还具有很好的耐海水局部腐蚀(抗点蚀、抗缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂)性能和抗高温氧化性能。普通铁素体不锈钢的缺点是对晶间腐蚀敏感，塑性和韧性..
- 张家港浦项不锈钢2007年3月份产量
- 张家港浦项不锈钢有限公司2007年3月份产量：冷轧3.3万吨，全部300系列。其中冷轧出口4000吨左右。冷轧较上月产量增加4000吨。热轧产量3.5万吨，属于商品材产量。较上月产量增加3000吨。
- 温州巨星3月份不锈钢管产量统计
- 温州市巨星特钢有限公司3月份不锈钢管产量2000吨，其中304材质占65%，其他材质占35%。盐城市巨星特钢有限公司产量700吨。目前巨星公司库存为100吨，4月份计划增加301材质库存500吨。
- 上海克虏伯不锈钢2006年3月产量统计
- 上海克虏伯不锈钢有限公司2006年3月份产量共计2.6万吨，其中300系共生产21000吨，400系生产5000吨左右。
- 晶间腐蚀
- 晶间腐蚀英文名称：intercrystalline corrosion;intergranular corrosion说明:局部腐蚀的一种。沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀。主要由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在。晶间腐蚀破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度。而且..
