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

焊接速度(mm)
及效率
(g/min)
焊接电流（A）
100～130
170～200
200～300

焊材直径
Φ2.4
Φ4.0
Φ1.2

熔敷速度
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
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
    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 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。

介绍的非常详细，学会了，谢谢！

恩，介绍的很详细，MIG优势很大，成本很低，不过好像比焊条低不了这么多

介绍的很详细啊