一种预镀高频感应焊管的制备方法

技术领域

本申请涉及焊接技术领域，尤其涉及一种预镀高频感应焊管的制备方法。

背景技术

光伏支架主轴、传动轴、光伏支架边框、高速护栏立柱、幕墙支架、货架支架、商用车车架等均使用高频感应焊管作为支撑结构。预镀锌基镀层会进行熔化，存在拉应力，液态锌很容易渗入焊接热影响区，形成液态金属脆性裂纹，由于焊接后需要在焊道表面进行在线防腐处理，很难及时发现裂纹，制管是连续作业，抽检进行压扁、扩口等破坏性试验，发现裂纹的时候已经有大批量废管产生，需要人工进行重检，浪费大量人力物力，如果有开裂的管流入安装环节，在后面服役过程中焊管裂纹扩展，影响结构安全性。

因而，亟需提供一种预镀高频感应焊管的制备方法，以抑制锌基镀层钢板高频感应焊接液态金属脆性裂纹的现象发生。

发明内容

本申请提供了一种预镀高频感应焊管的制备方法，以解决预镀高频感应焊管在焊接中易开裂的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种预镀高频感应焊管的制备方法，所述方法包括：

将镀层钢带卷成圆筒状带钢；

将所述圆筒状带钢进行高频感应加热，并对所述圆筒状带钢的外侧镀层边缘区域进行气体吹扫，以使所述外侧镀层边缘区域的锌元素以气态方式脱离焊接区域；其中，所述外侧镀层边缘区域包括温度大于镀层熔点的区域；

将所述圆筒状带钢通过挤压方式以使焊缝结合。

可选的，所述镀层钢带的屈服强度为≥235MPa。

可选的，所述镀层为锌基镀层。

可选的，所述锌基镀层包括以下一种：锌镀层、锌铝镁镀层、锌铁合金镀层。

可选的，所述温度大于镀层熔点的区域包括温度不低于750℃的区域。

可选的，所述气体包括以下至少一种：不活泼气体、惰性气体、弱氧化气体。

可选的，所述不活泼气体包括氮气，所述惰性气体包括以下至少一种：氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气，所述弱氧化性气包括二氧化碳。

可选的，所述气体的流量为1L/min～50L/min。

可选的，所述气体的流量为15L/min～45L/min。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点：

本申请实施例提供的该预镀高频感应焊管的制备方法，针对由于锌基镀层在拉应力的作用下导致的LME裂纹，通过在圆筒状带钢的外侧镀层边缘的温度大于镀层熔点的区域内进行气体吹扫，可促进锌蒸气脱离钢板表面，在焊接前消除锌元素，可抑制锌致LME裂纹的产生，大幅降低焊管开裂率。此外，该方法只需对加热区域局部施加气体吹扫，无需整体进行密封式气体保护，节约成本，简单方便，可大幅度提升锌基镀层钢板高频感应焊接的成品率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种预镀高频感应焊管的制备方法的流程示意图；

图2为本申请实施例1提供的一种预镀高频感应焊管的焊缝截面图；

图3为本申请实施例1提供的一种预镀高频感应焊管的焊缝宏观图；

图4为本申请对比例1提供的一种预镀高频感应焊管的焊缝截面图；

图5为本申请对比例1提供的一种预镀高频感应焊管的焊缝宏观图；

图6为本申请对比例1提供的一种预镀高频感应焊管的开裂区域电镜图；

图7为本申请对比例1提供的一种预镀高频感应焊管的开裂区域元素点扫图；

图8为本申请实施例提供的一种预镀高频感应焊管的基板镀层厚度图。

图9为本申请实施例提供的模拟高频感应焊接过程的920℃热模拟拉伸曲线；

图10为本申请实施例提供的模拟高频感应焊接过程的920℃热模拟拉伸后的断裂图；

图11为本申请实施例提供的模拟高频感应焊接过程的920℃热模拟拉伸的断裂能变化图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

第一方面，本申请提供了一种预镀高频感应焊管的制备方法，请参见图1，所述方法包括：

S1、将镀层钢带卷成圆筒状带钢；

在本申请实施例中，将镀层钢带通过排辊渐进式均匀的卷成圆筒状带钢，其目的：保证带钢的板形。

在一些实施方式中，所述镀层钢带的屈服强度为≥235MPa。

在本申请实施例中，上述镀层钢带的屈服强度可以为≥235MPa，适用范围广。具体地，该镀层钢带的屈服强度可以为235MPa、240MPa、245MPa、250MPa、300MPa、400MPa、500MPa、600MPa、700MPa、800MPa、900MPa等。

在一些实施方式中，所述镀层为锌基镀层。

在一些实施方式中，所述锌基镀层包括以下一种：锌镀层、锌铝镁镀层、锌铁合金镀层。

在本申请实施例中，作为常见的预镀锌基镀层在加热时会进行熔化，焊接过程中存在拉应力，液态锌很容易渗入焊接热影响区，形成液态金属脆性裂纹。该锌基镀层可以为锌镀层、锌铝镁镀层、锌铁合金镀层中的一种，运用本申请实施例的预镀高频感应焊管的制备方法，能够促进焊管外侧表面镀层中的锌元素以气态方式脱离焊接区域，抑制锌致液态金属裂纹的产生。此外，锌基镀层钢带的基板厚度为1.5mm～8.0mm，请参见图8所示的基板镀层厚度图，镀层厚度较为均匀，双面镀层厚度为120g/㎡～1800g/㎡，母材的显微组织为铁素体+珠光体。

S2、将所述圆筒状带钢进行高频感应加热，并对所述圆筒状带钢的外侧镀层边缘区域进行气体吹扫，以使所述外侧镀层边缘区域的锌元素以气态方式脱离焊接区域；其中，所述外侧镀层边缘区域包括温度大于镀层熔点的区域；

在本申请实施例中，圆筒通过高频感应装置进行高频感应加热，钢带边缘被加热，通过在圆筒状带钢的外侧镀层边缘的温度大于镀层熔点的区域内进行气体吹扫，可促进锌蒸气脱离钢板表面，在焊接前消除锌元素，可抑制锌致LME裂纹的产生，大幅降低焊管开裂率。只需对加热区域局部施加气体吹扫，无需整体进行密封式气体保护，节约成本，简单方便，可大幅度提升锌基镀层钢板高频感应焊接的成品率。

此外，进行上述气体吹扫的吹扫装置为鸭嘴口或者扁口，利于提高气压强度；吹扫口材料为塑料、金属，优选金属，防止焊接过程中的火焰灼烧变形。吹扫装置位于高频线圈与焊接挤压辊之间，高频感应焊接线圈直径大于圆管直径，焊管内部导磁棒为圆管直径的四分之一至三分之二。上述焊接加热区域上方有气体收集处理装置，收集高频感应焊接过程中产生的锌蒸气、金属蒸气、水气等，该装置利于环保。

在一些实施方式中，所述温度大于镀层熔点的区域包括温度不低于750℃的区域。

在本申请实施例中，圆筒状带钢750℃及以上温度区间基体外侧无明显锌元素，表层以铝铁合金层为主。其机理为：在熔点到750℃之间气体的作用为防止生成高熔点氧化锌；在750℃至沸点，气体的作用促进锌元素的蒸发；在沸点以上，气体的作用为促进气体的气化；保证了温度在750℃以上的热影响区表面没有锌层的存在。具体地，该区域的温度可以为750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃、850℃、900℃、950℃等。

在一些实施方式中，所述气体包括以下至少一种：不活泼气体、惰性气体、弱氧化气体。

在一些实施方式中，所述不活泼气体包括氮气，所述惰性气体包括以下至少一种：氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气，所述弱氧化性气包括二氧化碳。

在本申请实施例中，上述气体吹扫中的气体为不活泼气体、惰性气体、弱氧化气体。

中的至少一种，提供气压的气体在镀层达到熔点防止与空气中的氧气发生氧化反应，且不具有氧化性。作为常见的，不活泼气体可以为氮气，惰性气体可以为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气，弱氧化性气可以为二氧化碳。

在一些实施方式中，所述气体的流量为1L/min～50L/min。

在一些实施方式中，所述气体的流量为15L/min～45L/min。

在本申请实施例中，控制气体的流量为1L/min～50L/min的积极效果：防止锌元素被氧化，可驱离锌元素蒸发、气化脱离焊接区域，抑制LME裂纹的产生，同时可保证焊接过程的稳定性，抑制焊接飞溅。若该气体流量过大的话，在一定程度上会降低高频感应焊接的温度，同时会干扰火焰，使焊接过程不稳定；若气体流量过小的话，在一定程度长起不到驱赶锌蒸汽完全的作用，在焊接区域仍存在液态锌，仍然会诱导LME裂纹的产生。具体地，该气体的流量可以为1L/min、3L/min、5L/min、7L/min、9L/min、10L/min、15L/min、20L/min、25L/min、30L/min、35L/min、40L/min、45L/min、50L/min等。优选地，该气体的流量可以为15L/min、18L/min、20L/min、23L/min、25L/min、28、30L/min、33L/min、35L/min、38L/min、40L/min、42L/min、45L/min等。

S3、将所述圆筒状带钢通过挤压方式以使焊缝结合。

在本申请实施例中，上述述挤压方式通过挤压辊实现，当圆筒状带钢经过挤压辊，加载一定的力，使焊缝结合。

下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

本申请实施例提供了一种预镀高频感应焊管的制备方法，所述方法包括：

S11、将镀层钢带卷成圆筒状带钢；

S21、将所述圆筒状带钢进行高频感应加热，并对所述圆筒状带钢的外侧镀层边缘区域进行气体吹扫，以使所述外侧镀层边缘区域的锌元素以气态方式脱离焊接区域；其中，所述外侧镀层边缘区域包括温度大于镀层熔点的区域；

S31、将所述圆筒状带钢通过挤压方式以使焊缝结合。具体的工艺参数请参见表1的预镀高频感应焊管的制备工艺参数，表2的预镀高频感应焊管的吹扫和焊接的工艺参数。

表1预镀高频感应焊管的制备工艺参数

表2预镀高频感应焊管的吹扫和焊接的工艺参数

对实施例1～8和对比例1～8制备得到的预镀高频感应焊管的焊接结果进行评价，其评价结果请参见表3。

表3预镀高频感应焊管的焊接评价结果

通过表1～3对比分析，通过本申请实施例制备得到的预镀高频感应焊管，具有良好的焊接情况，而对比例制备得到的预镀高频感应焊管出现开裂情况。具体地，请参见实施例1所得焊缝截面图、表面图如图2、图3所示，焊接接头没有裂纹；

请参见对比例1所得焊缝宏观截面图如图4、图5所示，焊接热影响区出现裂纹；图6、图7分别为开裂区域的SEM图，图7开裂区域的元素点扫结果如表4所示，开裂处有锌元素的存在，为液态金属裂纹。

表4对比例1提供的一种预镀高频感应焊管的开裂区域的元素点扫结果

通过热模拟设备对高频感应焊接过程进行高温拉伸，计算材料的高温断裂能和带镀层与不带镀层的断裂能损失率。选用钢种3.0mm S350GD+ZM450在不同温度不同状态下进行热模拟高温拉伸断裂能测试，其测试结果请参见表5。

表5不同温度不同状态下3.0mm S350GD+ZM450的热模拟高温拉伸断裂能

通过表5的数据分析对比，可发现在不同温度条件下，对表面状态有镀层和无镀层的钢板，在空气环境中，随着温度的上升，表面状态有镀层和无镀层的钢板间的高温断裂能的差距明显增大。针对这一现象，对有镀层的钢板，在吹扫氩气中，随着温度的上升，表面状态有镀层和无镀层的钢板间的高温断裂能的差距明显缩短，这与在仅仅在氩气环境中不同，需要进行吹扫。最明显的是920℃热模拟测试，具体地，请参见图9所示的模拟高频感应焊接过程的920℃热模拟拉伸曲线和图11所示的模拟高频感应焊接过程的920℃热模拟拉伸的断裂能变化图，能清晰可参见吹扫氩气使得表面状态有镀层和无镀层的钢板间的高温断裂能的差距很小；请参见图10所示的模拟高频感应焊接过程的920℃热模拟拉伸后的断裂图，920℃高温拉伸实验样品断裂图，断裂均发生在平行段；其中，无镀层样品和吹扫氩气样品，发生了明显颈缩，均为韧性断裂；空气环境、空气吹扫、氩气环境样品，无明显颈缩现象。此外，空气环境以及空气吹扫样品，断口附近被白色物质覆盖。施加气体吹扫会提高带镀层钢板的高温拉伸性能，在920℃条件下与没有镀层钢板的高温拉伸性能基本一致，在应力条件下可抑制LME裂纹的产生。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。