不锈钢焊接成本分析

作者: 分类: 金属价格, 钢材价格 发布于

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。

1、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。

表1薄板不锈钢常用焊接方法数据 


薄板不锈钢常用焊接方法数据

2、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。 

2.1 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。 


不锈钢焊接成本对比

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

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

2.2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。

3.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。