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高頻焊接技術(shù)簡(jiǎn)介高頻焊接技術(shù)簡(jiǎn)介高頻焊接起源于上世紀(jì)五十年月，它是利用高頻電流所產(chǎn)生的集膚效應(yīng)術(shù)的消滅和成熟，直接推動(dòng)了直縫焊管產(chǎn)業(yè)的巨大進(jìn)展，它是直縫焊管〔ERW〕生產(chǎn)的關(guān)鍵工序。高頻焊接質(zhì)量的好壞，直接影響到焊管產(chǎn)品的整體強(qiáng)度，質(zhì)量等級(jí)和生產(chǎn)速度。作為焊管生產(chǎn)制造者，必需深刻了解高頻焊接的根本原理；了解高頻焊接設(shè)備的構(gòu)造和工作原理；了解高頻焊接質(zhì)量掌握的要點(diǎn)。1高頻焊接的根本原理1高頻焊接的根本原理所謂高頻，是相對(duì)于50Hz50KHz～膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，高頻焊接就是利用這兩種效應(yīng)來(lái)進(jìn)展金屬管的焊接。那么，這兩個(gè)效應(yīng)是怎么回事呢？不是均勻地分布于導(dǎo)體的全部截面的，它會(huì)主要向?qū)w的外表集中，即電流在導(dǎo)體外表的密度大，在導(dǎo)體內(nèi)部的密度小，所以我們形象地稱之為：“集膚效應(yīng)”。集膚效應(yīng)通常用電流的穿透深度來(lái)度量，穿透深度值越小，集膚效應(yīng)越顯著。這穿透深度與導(dǎo)體的電阻率的平方根成正比，與頻率和磁導(dǎo)率的平方根成反比。通俗地說(shuō)，頻率越高，電流就越集中在鋼板的外表；頻率越低，外表電流就越分散。必需留意：鋼鐵雖然是導(dǎo)體，但它的磁導(dǎo)率會(huì)隨著溫度上升而下降，就是說(shuō)，當(dāng)鋼板溫度上升的時(shí)候，磁導(dǎo)率會(huì)下降，集膚效應(yīng)會(huì)減小。個(gè)導(dǎo)體相近的邊緣集中流淌，即使兩個(gè)導(dǎo)體另外有一條較短的邊，電流也并不沿著較短的路線流淌，我們把這種效應(yīng)稱為：“鄰近效應(yīng)”。鄰近效應(yīng)隨著頻率增高和相鄰導(dǎo)體的間距變近而增高，假設(shè)在鄰近導(dǎo)體四周再加上一個(gè)磁心，那么高頻電流將更集中于工件的表層。這兩種效應(yīng)是實(shí)現(xiàn)金屬高頻焊接的根底。高頻焊接就是利用了集膚效應(yīng)的鋼板邊部加熱，熔融，并通過(guò)擠壓實(shí)現(xiàn)對(duì)接。2高頻焊接設(shè)備的構(gòu)造和工作原理備就是用于實(shí)現(xiàn)高頻焊接的電氣—機(jī)械系統(tǒng)，高頻焊接設(shè)備是由高頻焊接機(jī)和焊管成型機(jī)組成的。其中高頻焊接機(jī)一般由高頻發(fā)生器和饋電裝置二個(gè)局部組成，它的作用是產(chǎn)生高頻電流并掌握它；成型機(jī)由擠壓輥架組成，它的作用是將被高頻電流熔融的局部加以擠壓，排解鋼板外表的氧化層和雜質(zhì)，使鋼板完全熔合成一體。高頻發(fā)生器過(guò)去的焊管機(jī)組上使用高頻發(fā)生器是三回路的：高頻發(fā)電饋電裝置這是為了向管子傳送高頻電流用的，包括電極觸頭，感應(yīng)圈和阻抗器。接觸焊中一般承受耐磨的銅鎢合金的電極觸頭，感應(yīng)焊中承受的是紫銅制的感應(yīng)圈。阻抗器的主要元件是磁心，它的作用是增加管子外表的感抗，以削減無(wú)效電流，提高焊接速度。阻抗器的磁心承受鐵氧體，要求它的居里點(diǎn)溫度不低于310°，居里點(diǎn)溫度是磁心的重要指標(biāo)，居里點(diǎn)溫度越高，就能靠得離焊縫越近，靠得越近，焊接效率也越高。近年來(lái)，世界上一些大公司開頭承受了固態(tài)模塊式構(gòu)造，大大提高了焊接牢靠性，保證了焊接質(zhì)量。如WELDACG2800高頻焊機(jī)由以下局部組成：整流及掌握單元〔CRU〕，逆變器，匹配及補(bǔ)償單元〔IMC〕，CRUIMCIMC機(jī)器的兩個(gè)主要局部是CRUIMC。CRU個(gè)全橋二極管整流器的整流局部〔它把溝通電轉(zhuǎn)換為直流電〕，一個(gè)帶有掌握裝置及外部掌握設(shè)備界面的掌握器。IMC器以及一個(gè)用于為感應(yīng)線圈供給必需的無(wú)功功率的電容組。主供電電壓〔3相480V〕，通過(guò)主隔絕開關(guān)被送到主整流器中。在主整流器中，主電壓被轉(zhuǎn)換為640V的直流電并且通過(guò)母線與主直流線纜相連接。直流電通過(guò)由數(shù)個(gè)并聯(lián)電纜組成的直流電輸送線被送到IMC。DC線纜在IMC單元母線上終止。逆變局部的逆變器模塊通過(guò)高速直流保險(xiǎn)同DC母線以并聯(lián)方式連接在一起。DC電容也與DC母線連接在一起。每個(gè)逆變器模塊構(gòu)成一個(gè)全橋IGBT三極管逆變器。三極管的驅(qū)動(dòng)電路則在逆變器模塊內(nèi)的一個(gè)印刷電路板上。直流電由逆變器變?yōu)楦哳l溝通電。依據(jù)具體的負(fù)載，溝通電的頻率范圍在100-150KH逆變器進(jìn)展調(diào)整，全部逆變器都以并聯(lián)方式同匹配變壓器連接。變壓器有數(shù)個(gè)并聯(lián)的主繞組，及一個(gè)副繞組。變壓器的匝數(shù)比是固定的。接，因此輸出電路也是串聯(lián)補(bǔ)償?shù)?。電容器的作用是依?jù)感應(yīng)線圈對(duì)無(wú)功功率的要求進(jìn)展補(bǔ)償，及通過(guò)此補(bǔ)償來(lái)使輸出電路的共振頻率到達(dá)所要求的數(shù)值。頻率通過(guò)測(cè)量輸出電流的頻率確定。此頻率隨即被用來(lái)作為開通三極管的時(shí)基信號(hào)。三極管驅(qū)動(dòng)卡向每個(gè)逆變器模塊上的每個(gè)三極管發(fā)送信號(hào)來(lái)掌握三極管何時(shí)開通，何時(shí)關(guān)斷。上述掌握是通過(guò)一個(gè)用來(lái)掌握三極管驅(qū)動(dòng)器的功率掌握卡完成的。輸出功率參考值由掌握面板輸出給掌握系統(tǒng)。此數(shù)值被傳送給系統(tǒng)掌握器后，將與由整流單元測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量出的DC依據(jù)參考功率值與DC功率測(cè)量值的比較結(jié)果計(jì)算出一個(gè)的輸出電流設(shè)定值。掌握器計(jì)算出來(lái)的輸出功率設(shè)定值被送到功率掌握卡，此掌握卡將依據(jù)的設(shè)定值來(lái)限定輸出電流。IMCIMC，CRU發(fā)出的信號(hào)來(lái)工作。報(bào)警將顯示在工作臺(tái)上。掌握及整流器單元〔CRU〕逆變器，匹配及補(bǔ)償單元(IMC)直流線纜輸出功率總線，線圈及接觸頭連接冷卻系統(tǒng)安裝在一個(gè)自支撐鋼框架內(nèi)，全部部件聯(lián)結(jié)成為一個(gè)完整的單元。系統(tǒng)包括：帶有電機(jī)的循環(huán)泵，熱交換器〔水/水〕，補(bǔ)償容器，輸出過(guò)程端〔次輸出〕壓力表，主進(jìn)水口溫度掌握閥門，掌握閥以及電氣柜。主進(jìn)水口端的熱交換器使用未處理的支流水作為冷卻用水，次端的熱交換器則使用凈化后的中性飲用水作為冷卻水。未處理的水由恒溫閥門掌握，它用來(lái)測(cè)量次輸出端的溫度。鋼框架可以用螺栓固定在門上。3影響高頻焊接質(zhì)量的因素很多，而且這些因素在同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)相互作必需依據(jù)整個(gè)成型系統(tǒng)的具體條件，從與高頻焊接有關(guān)聯(lián)的全部方面來(lái)調(diào)整。高頻焊接時(shí)的頻率對(duì)焊接有極大的影響，由于高頻頻率影響到電流在鋼板內(nèi)部的分布高頻焊接時(shí)的頻率對(duì)焊接有極大的影響，由于高頻頻率影響到電流在鋼板內(nèi)部的分布100KHz的高頻電流可穿透鐵素體鋼0.1mm,400KHz則只能穿透0.04mm,即在鋼板外表的電流密度分布,后者比前者要高近2.5倍。在生產(chǎn)實(shí)踐中,焊接普碳鋼材料時(shí)一般可選取350KHz~450KHz10mm以上的厚鋼板時(shí)，可承受50KHz~150KHz那樣較低的頻率，由于合金鋼內(nèi)所含的鉻，鋅，銅，鋁等元素的集膚設(shè)定了一個(gè)頻率范圍后，會(huì)在焊接時(shí)依據(jù)材料厚度，機(jī)組速度等狀況自動(dòng)跟蹤調(diào)整頻率。其次、會(huì)合角頻電流通過(guò)鋼板邊緣時(shí)，鋼板邊緣會(huì)形成預(yù)熱段和熔融段〔也稱為過(guò)梁〕，這過(guò)梁段被猛烈加熱時(shí)，其內(nèi)部的鋼水被快速汽化并爆破噴濺出來(lái)，形成閃光，會(huì)合角的大小對(duì)于熔融段有直接的影響。段和熔融段變長(zhǎng)，而熔融段變長(zhǎng)的結(jié)果，使得閃光過(guò)程不穩(wěn)定，過(guò)梁爆坡后簡(jiǎn)潔形成深坑和針孔，難以壓合。會(huì)合角過(guò)大時(shí)，熔融段變短，閃光穩(wěn)定，但是鄰近效應(yīng)減弱，焊接效率明顯下降，功率生產(chǎn)中我們一般在2°--6°內(nèi)調(diào)整會(huì)合角,生產(chǎn)薄板時(shí)速度較快，擠壓成型時(shí)要用較小的會(huì)合角；生產(chǎn)厚板時(shí)車速較慢，擠壓成型時(shí)要用較大的會(huì)合角。有廠家提出一個(gè)閱歷公式角×機(jī)組速度≮100，可供參考。第三、焊接方式高頻焊接有兩種方式：接觸焊和感應(yīng)焊。好，高頻電流的兩個(gè)效應(yīng)因銅電極與鋼板直接接觸而得到最大利用，所以接觸焊的焊接效率較高而功率消耗較低，在高速低精度管材生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，在生產(chǎn)特別厚的鋼管時(shí)一般也都需要承受接觸焊。但是接觸焊時(shí)有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是銅電極與鋼板接觸，磨損很快；二是由于鋼板外表平坦度和邊緣直線度的影響，接觸焊的電流穩(wěn)定性較差，焊縫內(nèi)外毛刺較高，在焊接高精度和薄壁管時(shí)一般不承受。間的放電，一般要保持感應(yīng)圈離鋼管外表有5~8mm的空隙為宜。承受感應(yīng)焊時(shí)，由于感應(yīng)鋼管的外表質(zhì)量好，焊縫平坦，在生產(chǎn)如API等高精度管子時(shí)，根本上都承受感應(yīng)焊的形式。第四、輸入功率高頻焊接時(shí)的輸入功率掌握很重要。功率太小時(shí)管坯坡口加熱缺乏，達(dá)不到焊接溫度，會(huì)造成虛焊，脫焊，夾焊等未焊合缺陷；功率過(guò)大時(shí)，則影響到焊接穩(wěn)定性，管坯坡口面加高頻工藝。第五、管坯坡口管坯的坡口即斷面外形，一般的廠家在縱剪后直接進(jìn)入高頻焊接，其坡口都是呈“I”形。當(dāng)焊接材料厚度大于8~10mm種“I”形坡口，由于彎曲圓弧的關(guān)系，就需要融熔掉管坯先接觸的內(nèi)邊層，形成很高的內(nèi)毛刺，而且簡(jiǎn)潔造成板材中心層和外層加熱缺乏，影響到高頻焊縫的焊接強(qiáng)度。所以在生產(chǎn)厚壁管時(shí)，管坯最好經(jīng)過(guò)刨邊或銑邊處理，使坡口呈“X”形，實(shí)踐證明，這種坡口對(duì)于均勻加熱從而保障焊縫質(zhì)量有很大關(guān)系。坡口外形的選取，也影響到調(diào)整會(huì)合角的大小。件的結(jié)法治坡口設(shè)計(jì)不是出自焊接工程技術(shù)人員之手，硬性套標(biāo)準(zhǔn)和工藝性能較差的坡口屢見不鮮。坡口形式對(duì)掌握焊縫內(nèi)部質(zhì)量和焊接構(gòu)造制造質(zhì)量有著很重要作用。坡口設(shè)計(jì)必需考母材的熔合比，施焊空間，焊接位置和綜合經(jīng)濟(jì)效益等問(wèn)題。應(yīng)先按下式計(jì)算橫向收縮值ΔB。ΔB=5.1Aω/t+1.27dmm3,t——板厚，mm，d——焊縫根部間隙，mmΔBAω的關(guān)系后，即可依據(jù)兩者關(guān)系列表分析，處理數(shù)據(jù)，進(jìn)展優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終確定矩形管對(duì)接焊縫破口形式。第六、焊接速度焊管機(jī)組的成型速度受到高頻焊接速度的制約，一般來(lái)說(shuō)，機(jī)組速度可以開得較快，到達(dá)100米/分鐘，世界上已有機(jī)組速度甚至于到達(dá)400米/分鐘，而高頻焊接特別是感應(yīng)焊只能在60米/分鐘以下，超過(guò)10mm的鋼板成型，國(guó)內(nèi)機(jī)組生產(chǎn)的成型速度實(shí)際上只能到達(dá)8~12米/分鐘。于從熔融坡口擠出氧化層；反之，當(dāng)焊接速度很低時(shí)，熱影響區(qū)變寬，會(huì)產(chǎn)生較大的焊接毛刺，氧化層增厚，焊縫質(zhì)量變差。固然，焊接速度受輸出功率的限制，不行能提得很高。國(guó)內(nèi)機(jī)組操作閱歷顯示，2~3mm40米/分鐘，4~6mm的鋼管焊25米/分鐘，6~8mm12米/分鐘，10~16mm的鋼管焊12米/分鐘以下。接觸焊時(shí)速度可高些，感應(yīng)焊時(shí)要低些。第七、阻抗器阻抗器的作用是加強(qiáng)高頻電流的集膚效應(yīng)和相鄰效應(yīng)，阻抗器一般承受M-XO/N-XO類鐵氧化體制造，通常做成Φ10mm×(120--160)mm捆裝于耐熱，絕緣的外殼里，內(nèi)部通以水冷卻。磁導(dǎo)率，除了阻抗器的材料要求以外，同時(shí)要保證阻抗器的截面積與管徑的阻抗器只能安放在內(nèi)毛刺刀體內(nèi)，阻抗器的截面積相應(yīng)會(huì)小很多，這時(shí)實(shí)行磁棒的集中扇面布置的效果要好于環(huán)形布置。阻抗器與焊接點(diǎn)的位置距離也影響焊接效率，阻抗器與管內(nèi)壁的間隙一般取6~15mm，10~20mm，同理，管徑大時(shí)取大的值。第八、焊接壓力焊接壓力也是高頻焊接的主要參數(shù)。理論計(jì)算認(rèn)為焊接壓力應(yīng)為100~300MPa，但實(shí)際生產(chǎn)中這個(gè)區(qū)域的真實(shí)壓力很難測(cè)量。一般都是依據(jù)閱歷估算，換算成管子邊部的擠壓量。不同的壁厚取不同的擠壓量，通常以下的擠壓量為：3～6mm時(shí)為0.5t～1t；6～10mm時(shí)為0.5t；10mm以上時(shí)為0.3t～0.5t。API鋼管生產(chǎn)中，常消滅焊縫灰斑缺陷，灰斑缺陷是難熔的氧化物，為到達(dá)消退灰斑的目的，寶鋼等廠家多實(shí)行了加大擠壓力，增加焊接余量的方6mm以上鋼管的擠壓余量達(dá)0.8~1.0高頻焊接常見的問(wèn)題及其緣由，解決方法：緣由：輸出功率和壓力太小。12

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