不銹鋼是現(xiàn)代工業(yè)中極其重要的材料，304不銹鋼無縫管在我國的工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用。21世紀以來，中國不銹鋼工業(yè)發(fā)展迅速進入。工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展導(dǎo)致中國不銹鋼的使用逐年增加，不銹鋼產(chǎn)量每年占世界總產(chǎn)量的一半。據(jù)統(tǒng)計，2015年全球粗不銹鋼總產(chǎn)量約為4220萬噸，其中中國不銹鋼總產(chǎn)量約為2218萬噸，約占世界總產(chǎn)量的52.5%，超過世界總產(chǎn)量的一半，略高于2014年的2169.2萬噸。然而，在過去的兩年里，中國的宏觀經(jīng)濟幾乎停滯不前，導(dǎo)致不銹鋼消費增加的困境。在宏觀經(jīng)濟增長緩慢等因素的影響下，我國不銹鋼市場形勢日益惡化。預(yù)計2016年不銹鋼行業(yè)的競爭將空前激烈，鋼廠成本的波動將進一步影響不銹鋼材料的市場價格。不銹鋼中的鉻和鎳在國外供過于求，但在中國供過于求。不銹鋼本身供過于求，剩余空間不斷波動。多年來，含鎳奧氏體不銹鋼因其早期發(fā)展和優(yōu)異的性能，在不銹鋼的使用中占有很大的比重。過度消耗導(dǎo)致中國鎳資源逐漸短缺，含鎳奧氏體不銹鋼日益昂貴。這些因素使得如何通過降低鎳元素的消耗來控制不銹鋼的生產(chǎn)成本成為我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展和轉(zhuǎn)型中亟待解決的問題。
鐵素體不銹鋼是一種鎳含量很低的不銹鋼。鋼種不僅在鋼材市場上價格低廉，不銹鋼換熱管而且具有良好的可焊性，因此廣泛應(yīng)用于管道輸送、汽車工業(yè)和建筑領(lǐng)域。不銹鋼通常根據(jù)主要相的比例進行分類。鐵素體基體是鐵素體不銹鋼的主要相，含有多種合金元素，其中較重要的鉻含量約為11%~30%。12%Cr鐵素體不銹鋼是我國經(jīng)過技術(shù)改造后由TCS345不銹鋼制成的一種新型鋼。鉻含量為12%，碳、氮含量低，鉬、錳、鈦等元素含量少。因此，該鋼具有較好的綜合力學(xué)性能和耐腐蝕性能。鉻元素是防止金屬表面氧化的重要元素，因此該鋼種常用于制造抗氧化和耐腐蝕零件。同時，由于其良好的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱性，在熱環(huán)境中也得到了廣泛的應(yīng)用。
焊接是鐵素體不銹鋼日常加工的一項重要加工技術(shù)。鐵素體不銹鋼焊接接頭是整個構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)，該區(qū)域的性能是影響焊接件正常使用壽命的重要因素。與其他類型的鐵素體不銹鋼相比，12%鉻鐵素體不銹鋼具有更優(yōu)異的焊接性。在相同的工藝參數(shù)下，焊接區(qū)寬度和晶粒尺寸減小，焊接件的力學(xué)性能也得到提高。
高頻焊接技術(shù)是一種無填充材料的焊接技術(shù)。其原理是利用電流的趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，通過電阻加熱基底金屬的邊緣，在短時間內(nèi)達到所需的熔化溫度。在擠壓力的作用下，材料被擠出再固化，從而實現(xiàn)材料的連接。由于該工藝沒有填充材料，焊接熱影響區(qū)的尺寸極小，有助于提高傳統(tǒng)焊接工藝下焊接接頭的性能，具有生產(chǎn)效率高、成本低、易于自動化等特點。在實際生產(chǎn)中，高頻焊接HFW具有生產(chǎn)效率高、焊縫外形美觀的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于石油開采行業(yè)的管道、天然氣輸送管道和配氣管道。高頻焊管生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成為一種成熟的管材生產(chǎn)技術(shù)，并得到了廣泛的應(yīng)用。
通過實際生產(chǎn)試驗，本課題采用八種焊接工藝方案對12%Cr鐵素體不銹鋼進行高頻焊接