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摘 要：分析了涂铝带材、不锈钢带材的物理性质和力学性能。从焊管机组成型工艺、设备、模具加工精度、高频电源和调速控制精度等方面介绍了铝管和不锈钢管高频感应焊接的工艺特点，指出了焊接铝管及不锈钢管时具体的注意事项。
关键词：铝合金；不锈钢；带材；焊管；高频感应焊接
碳钢钢管的高频感应焊接工艺成熟、维护简单，应用十分普遍，但铝管和不锈钢管的高频感应焊接则相对较难。在国外工业发达国家，铝管和不锈钢管的高频感应焊接技术已十分成熟，前些年国内有人做过类似研究，但始终没有得到大规模推广。铝管和不锈钢管高频感应焊接的实现涉及很多因素，归纳起来有以下几个方面：①原材料的物理性质；②不同材料的成型工艺特点；③设备和模具加工精度；④高频焊机和机组运行控制精度。只有全面了解和掌握相关技术，才能实现稳定的焊接。
1 铝管和不锈钢管的物理性质
和碳钢钢管比较，铝管和不锈钢管高频感应焊的最大问题是氧化物的影响。由于铁的氧化物的熔点（FeO 1420℃；Fe2O31565℃）低于或接近铁单质的熔点（1537℃），所以碳钢钢管在焊接时氧化物基本上先于母材或同时达到熔点，从而使氧化物的去除较容易，而铝管和不锈钢管焊接时则完全不同。铝极易氧化为难熔的Al2O3，虽然其厚度仅有0.1～ 0.2μm，但熔点高达2050℃，而纯铝的熔点是658℃ ，焊接时，該氧化膜妨碍了母材的熔化和熔合，易出现未焊透缺陷。Al2O3氧化膜密度比铝大，不易浮出熔池表面，容易在焊缝中形成夹渣缺陷。类似于铝，不论是铬系不锈钢还是镍系不锈钢，都存在氧化物熔点远高于母材的问题。当不锈钢中w（Cr）> 12%时，铬比铁优先与氧化合而在母材表面形成一层致密的氧化膜Cr2O3，其熔点为2265℃ ，铬的熔点为1857℃。而氧化镍（NiO）的熔点为2090℃ ，也比镍的熔点1446℃高许多。所以影响铝管和不锈钢管焊接的关键因素是氧化物。由于铝氧化物具有高电阻率和分布不均匀的特点，如果带材裁剪质量低劣，会造成氧化物的分布更加不规则，致使在高频感应焊接时，很难达到彻底清除氧化物的目的。另外一个影响因素就是液态铝吸氢严重，而固态时铝几乎不能溶解氢，因此氢在焊接熔池快速冷却凝固结晶过程中，来不及逸出熔池表面，就会在焊缝中形成气孔，使成品管材在检测时不合格。由于水在高温时易分解为氢和氧，所以材料中水的存在也会给焊接带来不利影响。
2 不同材料的成型工艺特点
由于材料的强度及回弹力等性能的差异，成型工艺必然存在一定的设计特点。铝的线膨胀系数和结晶收缩率比钢大2倍，易产生较大的焊接变形和内应力。不锈钢的线膨胀系数也较碳钢大，如奥氏体不锈钢的线膨胀系数比碳钢要大40%。铝和不锈钢的抗拉强度和屈服强度及延伸率同碳钢相比均有很大差异。实践证明，奥氏体不锈钢对双半径成型有良好的适应性。成型应采用综合弯曲变形法。奥氏体不锈钢带在成型前应进行固溶处理，以便降低硬度，减小变形阻力。不锈钢带在成型辊系作用下，冷作硬化性强，回弹大，但只要辊系设计正确，能够方便地调整辊系间隙及挤压力，这一问题就能够很好地解决。
总之，针对不同材料的性能特点选择合理的成型工艺设计，可以利用较少的辊系获得高品质的产品。
3 轧辊模具的机械加工精度
不同于焊接碳钢钢管，用于焊接铝管和不锈钢管的机组和模具轧辊要求具有很高的加工精度，以保证设备运行中仅有极小的轴向和径向跳动。任何较大的周期性震动均可能造成焊接过程中非理想状态的出现，导致焊接缺陷。国外机械加工精度径向跳动一般控制在0.01mm之内，而国内最高能达到0.03mm的加工精度。为保证机组运行的稳定性，在要求高加工精度的同时，对机组上所有轴承的精度也提出了较高的要求。
4 高频焊机和机组运行控制精度
由于铝合金和不锈钢材料的塑性范围小，焊接时必须精确控制输入热量。任何大的功率波动，都可能造成焊缝夹渣和气孔的产生，一般要求电源的输出波动在1%以下。输出平稳度越好，越能提供精细的焊接功率调整，才能保证焊缝的成型和力学性能优良。不难理解，机组运行速度的控制精度也应达到1%以下，否则会造成焊接区等效功率的波动过大。为达到电源的控制精度，一般应对电源的源效应和负载效应提出具体的控制指标。此外对控制元器件的温漂和时漂指标也应仔细考虑。尤其是对稳定度要求较高的反馈量的选取和反馈通道电子元器件的选用对系统性能非常关键。以前这类高精度电源只有少数几个国家能够提供，目前，国内已能批量生产此类高精度焊管电源，并已广泛应用于铝管、不锈钢管和铜管的高频感应焊接。所焊接的覆层铝管材已大量应用于汽车散热器领域，并且该电源已出口到韩国和日本等地。
5 结语
铝合金和不锈钢材料的品种和牌号非常多，每种材料的高频焊接性能均有所差异，一般纯铝、非热处理强化的变形铝合金的焊接性良好，热处理的变形铝合金焊接性较差。铬镍系不锈钢中的奥氏体型不锈钢具有较好的高频焊接性，但焊瘤的刮削存在一定问题；而带磁性的铁素体不锈钢也有较好的高频焊接性，且易于刮削焊瘤；含碳量高的马氏体不锈钢高频焊接性较差。以上只是简单总结了一些有共性的影响因素。笔者认为，铝管和不锈钢管的高频感应焊接是一个系统工程，上述提及的各方面要求都要做到位，焊接才能顺利地进行。相信随着人们理论认识的深入和相关技术的发展，国内采用高频焊接工艺生产铝管和不锈钢管技术会日益普及。
参考文献
[1] 罗刚.铝管的高频感应焊接[J]. 焊管. 2011（05）.
[2] 苟维杰，王丽红.高频感应焊接场所电磁曝露的研究[J]. 工业安全与环保. 2012（07）.
关键词：铝合金；不锈钢；带材；焊管；高频感应焊接
碳钢钢管的高频感应焊接工艺成熟、维护简单，应用十分普遍，但铝管和不锈钢管的高频感应焊接则相对较难。在国外工业发达国家，铝管和不锈钢管的高频感应焊接技术已十分成熟，前些年国内有人做过类似研究，但始终没有得到大规模推广。铝管和不锈钢管高频感应焊接的实现涉及很多因素，归纳起来有以下几个方面：①原材料的物理性质；②不同材料的成型工艺特点；③设备和模具加工精度；④高频焊机和机组运行控制精度。只有全面了解和掌握相关技术，才能实现稳定的焊接。
1 铝管和不锈钢管的物理性质
和碳钢钢管比较，铝管和不锈钢管高频感应焊的最大问题是氧化物的影响。由于铁的氧化物的熔点（FeO 1420℃；Fe2O31565℃）低于或接近铁单质的熔点（1537℃），所以碳钢钢管在焊接时氧化物基本上先于母材或同时达到熔点，从而使氧化物的去除较容易，而铝管和不锈钢管焊接时则完全不同。铝极易氧化为难熔的Al2O3，虽然其厚度仅有0.1～ 0.2μm，但熔点高达2050℃，而纯铝的熔点是658℃ ，焊接时，該氧化膜妨碍了母材的熔化和熔合，易出现未焊透缺陷。Al2O3氧化膜密度比铝大，不易浮出熔池表面，容易在焊缝中形成夹渣缺陷。类似于铝，不论是铬系不锈钢还是镍系不锈钢，都存在氧化物熔点远高于母材的问题。当不锈钢中w（Cr）> 12%时，铬比铁优先与氧化合而在母材表面形成一层致密的氧化膜Cr2O3，其熔点为2265℃ ，铬的熔点为1857℃。而氧化镍（NiO）的熔点为2090℃ ，也比镍的熔点1446℃高许多。所以影响铝管和不锈钢管焊接的关键因素是氧化物。由于铝氧化物具有高电阻率和分布不均匀的特点，如果带材裁剪质量低劣，会造成氧化物的分布更加不规则，致使在高频感应焊接时，很难达到彻底清除氧化物的目的。另外一个影响因素就是液态铝吸氢严重，而固态时铝几乎不能溶解氢，因此氢在焊接熔池快速冷却凝固结晶过程中，来不及逸出熔池表面，就会在焊缝中形成气孔，使成品管材在检测时不合格。由于水在高温时易分解为氢和氧，所以材料中水的存在也会给焊接带来不利影响。
2 不同材料的成型工艺特点
由于材料的强度及回弹力等性能的差异，成型工艺必然存在一定的设计特点。铝的线膨胀系数和结晶收缩率比钢大2倍，易产生较大的焊接变形和内应力。不锈钢的线膨胀系数也较碳钢大，如奥氏体不锈钢的线膨胀系数比碳钢要大40%。铝和不锈钢的抗拉强度和屈服强度及延伸率同碳钢相比均有很大差异。实践证明，奥氏体不锈钢对双半径成型有良好的适应性。成型应采用综合弯曲变形法。奥氏体不锈钢带在成型前应进行固溶处理，以便降低硬度，减小变形阻力。不锈钢带在成型辊系作用下，冷作硬化性强，回弹大，但只要辊系设计正确，能够方便地调整辊系间隙及挤压力，这一问题就能够很好地解决。
总之，针对不同材料的性能特点选择合理的成型工艺设计，可以利用较少的辊系获得高品质的产品。
3 轧辊模具的机械加工精度
不同于焊接碳钢钢管，用于焊接铝管和不锈钢管的机组和模具轧辊要求具有很高的加工精度，以保证设备运行中仅有极小的轴向和径向跳动。任何较大的周期性震动均可能造成焊接过程中非理想状态的出现，导致焊接缺陷。国外机械加工精度径向跳动一般控制在0.01mm之内，而国内最高能达到0.03mm的加工精度。为保证机组运行的稳定性，在要求高加工精度的同时，对机组上所有轴承的精度也提出了较高的要求。
4 高频焊机和机组运行控制精度
由于铝合金和不锈钢材料的塑性范围小，焊接时必须精确控制输入热量。任何大的功率波动，都可能造成焊缝夹渣和气孔的产生，一般要求电源的输出波动在1%以下。输出平稳度越好，越能提供精细的焊接功率调整，才能保证焊缝的成型和力学性能优良。不难理解，机组运行速度的控制精度也应达到1%以下，否则会造成焊接区等效功率的波动过大。为达到电源的控制精度，一般应对电源的源效应和负载效应提出具体的控制指标。此外对控制元器件的温漂和时漂指标也应仔细考虑。尤其是对稳定度要求较高的反馈量的选取和反馈通道电子元器件的选用对系统性能非常关键。以前这类高精度电源只有少数几个国家能够提供，目前，国内已能批量生产此类高精度焊管电源，并已广泛应用于铝管、不锈钢管和铜管的高频感应焊接。所焊接的覆层铝管材已大量应用于汽车散热器领域，并且该电源已出口到韩国和日本等地。
5 结语
铝合金和不锈钢材料的品种和牌号非常多，每种材料的高频焊接性能均有所差异，一般纯铝、非热处理强化的变形铝合金的焊接性良好，热处理的变形铝合金焊接性较差。铬镍系不锈钢中的奥氏体型不锈钢具有较好的高频焊接性，但焊瘤的刮削存在一定问题；而带磁性的铁素体不锈钢也有较好的高频焊接性，且易于刮削焊瘤；含碳量高的马氏体不锈钢高频焊接性较差。以上只是简单总结了一些有共性的影响因素。笔者认为，铝管和不锈钢管的高频感应焊接是一个系统工程，上述提及的各方面要求都要做到位，焊接才能顺利地进行。相信随着人们理论认识的深入和相关技术的发展，国内采用高频焊接工艺生产铝管和不锈钢管技术会日益普及。
参考文献
[1] 罗刚.铝管的高频感应焊接[J]. 焊管. 2011（05）.
[2] 苟维杰，王丽红.高频感应焊接场所电磁曝露的研究[J]. 工业安全与环保. 2012（07）.