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高頻焊接技術(shù)簡介

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2025年06月02日 18:33

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高頻焊接技術(shù)簡介高頻焊接技術(shù)簡介高頻焊接起源于上世紀五十年月，它是利用高頻電流所產(chǎn)生的集膚效應術(shù)的消滅和成熟，直接推動了直縫焊管產(chǎn)業(yè)的巨大進展，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)品的整體強度，質(zhì)量等級和生產(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。1高頻焊接的根本原理1高頻焊接的根本原理所謂高頻，是相對于50Hz50KHz～膚效應和鄰近效應，高頻焊接就是利用這兩種效應來進展金屬管的焊接。那么，這兩個效應是怎么回事呢？不是均勻地分布于導體的全部截面的，它會主要向?qū)w的外表集中，即電流在導體外表的密度大，在導體內(nèi)部的密度小，所以我們形象地稱之為：“集膚效應”。集膚效應通常用電流的穿透深度來度量，穿透深度值越小，集膚效應越顯著。這穿透深度與導體的電阻率的平方根成正比，與頻率和磁導率的平方根成反比。通俗地說，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：鋼鐵雖然是導體，但它的磁導率會隨著溫度上升而下降，就是說，當鋼板溫度上升的時候，磁導率會下降，集膚效應會減小。個導體相近的邊緣集中流淌，即使兩個導體另外有一條較短的邊，電流也并不沿著較短的路線流淌，我們把這種效應稱為：“鄰近效應”。鄰近效應隨著頻率增高和相鄰導體的間距變近而增高，假設(shè)在鄰近導體四周再加上一個磁心，那么高頻電流將更集中于工件的表層。這兩種效應是實現(xiàn)金屬高頻焊接的根底。高頻焊接就是利用了集膚效應的鋼板邊部加熱，熔融，并通過擠壓實現(xiàn)對接。2高頻焊接設(shè)備的構(gòu)造和工作原理備就是用于實現(xiàn)高頻焊接的電氣—機械系統(tǒng)，高頻焊接設(shè)備是由高頻焊接機和焊管成型機組成的。其中高頻焊接機一般由高頻發(fā)生器和饋電裝置二個局部組成，它的作用是產(chǎn)生高頻電流并掌握它；成型機由擠壓輥架組成，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)生器過去的焊管機組上使用高頻發(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，感應焊中承受的是紫銅制的感應圈。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，要求它的居里點溫度不低于310°，居里點溫度是磁心的重要指標，居里點溫度越高，就能靠得離焊縫越近，靠得越近，焊接效率也越高。近年來，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高頻焊機由以下局部組成：整流及掌握單元〔CRU〕，逆變器，匹配及補償單元〔IMC〕，CRUIMCIMC機器的兩個主要局部是CRUIMC。CRU個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器以及一個用于為感應線圈供給必需的無功功率的電容組。主供電電壓〔3相480V〕，通過主隔絕開關(guān)被送到主整流器中。在主整流器中，主電壓被轉(zhuǎn)換為640V的直流電并且通過母線與主直流線纜相連接。直流電通過由數(shù)個并聯(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高速直流保險同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。每個逆變器模塊構(gòu)成一個全橋IGBT三極管逆變器。三極管的驅(qū)動電路則在逆變器模塊內(nèi)的一個印刷電路板上。直流電由逆變器變?yōu)楦哳l溝通電。依據(jù)具體的負載，溝通電的頻率范圍在100-150KH逆變器進展調(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)個并聯(lián)的主繞組，及一個副繞組。變壓器的匝數(shù)比是固定的。接，因此輸出電路也是串聯(lián)補償?shù)摹ｋ娙萜鞯淖饔檬且罁?jù)感應線圈對無功功率的要求進展補償，及通過此補償來使輸出電路的共振頻率到達所要求的數(shù)值。頻率通過測量輸出電流的頻率確定。此頻率隨即被用來作為開通三極管的時基信號。三極管驅(qū)動卡向每個逆變器模塊上的每個三極管發(fā)送信號來掌握三極管何時開通，何時關(guān)斷。上述掌握是通過一個用來掌握三極管驅(qū)動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，將與由整流單元測量系統(tǒng)測量出的DC依據(jù)參考功率值與DC功率測量值的比較結(jié)果計算出一個的輸出電流設(shè)定值。掌握器計算出來的輸出功率設(shè)定值被送到功率掌握卡，此掌握卡將依據(jù)的設(shè)定值來限定輸出電流。IMCIMC，CRU發(fā)出的信號來工作。報警將顯示在工作臺上。掌握及整流器單元〔CRU〕逆變器，匹配及補償單元(IMC)直流線纜輸出功率總線，線圈及接觸頭連接冷卻系統(tǒng)安裝在一個自支撐鋼框架內(nèi)，全部部件聯(lián)結(jié)成為一個完整的單元。系統(tǒng)包括：帶有電機的循環(huán)泵，熱交換器〔水/水〕，補償容器，輸出過程端〔次輸出〕壓力表，主進水口溫度掌握閥門，掌握閥以及電氣柜。主進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，它用來測量次輸出端的溫度。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系統(tǒng)內(nèi)相互作必需依據(jù)整個成型系統(tǒng)的具體條件，從與高頻焊接有關(guān)聯(lián)的全部方面來調(diào)整。高頻焊接時的頻率對焊接有極大的影響，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的頻率對焊接有極大的影響，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)實踐中,焊接普碳鋼材料時一般可選取350KHz~450KHz10mm以上的厚鋼板時，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)定了一個頻率范圍后，會在焊接時依據(jù)材料厚度，機組速度等狀況自動跟蹤調(diào)整頻率。其次、會合角頻電流通過鋼板邊緣時，鋼板邊緣會形成預熱段和熔融段〔也稱為過梁〕，這過梁段被猛烈加熱時，其內(nèi)部的鋼水被快速汽化并爆破噴濺出來，形成閃光，會合角的大小對于熔融段有直接的影響。段和熔融段變長，而熔融段變長的結(jié)果，使得閃光過程不穩(wěn)定，過梁爆坡后簡潔形成深坑和針孔，難以壓合。會合角過大時，熔融段變短，閃光穩(wěn)定，但是鄰近效應減弱，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)整會合角,生產(chǎn)薄板時速度較快，擠壓成型時要用較小的會合角；生產(chǎn)厚板時車速較慢，擠壓成型時要用較大的會合角。有廠家提出一個閱歷公式角×機組速度≮100，可供參考。第三、焊接方式高頻焊接有兩種方式：接觸焊和感應焊。好，高頻電流的兩個效應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)中得到廣泛應用，在生產(chǎn)特別厚的鋼管時一般也都需要承受接觸焊。但是接觸焊時有兩個缺點：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一般不承受。間的放電，一般要保持感應圈離鋼管外表有5~8mm的空隙為宜。承受感應焊時，由于感應鋼管的外表質(zhì)量好，焊縫平坦，在生產(chǎn)如API等高精度管子時，根本上都承受感應焊的形式。第四、輸入功率高頻焊接時的輸入功率掌握很重要。功率太小時管坯坡口加熱缺乏，達不到焊接溫度，會造成虛焊，脫焊，夾焊等未焊合缺陷；功率過大時，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入高頻焊接，其坡口都是呈“I”形。當焊接材料厚度大于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度。所以在生產(chǎn)厚壁管時，管坯最好經(jīng)過刨邊或銑邊處理，使坡口呈“X”形，實踐證明，這種坡口對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)整會合角的大小。件的結(jié)法治坡口設(shè)計不是出自焊接工程技術(shù)人員之手，硬性套標準和工藝性能較差的坡口屢見不鮮。坡口形式對掌握焊縫內(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)計必需考母材的熔合比，施焊空間，焊接位置和綜合經(jīng)濟效益等問題。應先按下式計算橫向收縮值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)，進展優(yōu)化設(shè)計，最終確定矩形管對接焊縫破口形式。第六、焊接速度焊管機組的成型速度受到高頻焊接速度的制約，一般來說，機組速度可以開得較快，到達100米/分鐘，世界上已有機組速度甚至于到達400米/分鐘，而高頻焊接特別是感應焊只能在60米/分鐘以下，超過10mm的鋼板成型，國內(nèi)機組生產(chǎn)的成型速度實際上只能到達8~12米/分鐘。于從熔融坡口擠出氧化層；反之，當焊接速度很低時，熱影響區(qū)變寬，會產(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。國內(nèi)機組操作閱歷顯示，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。接觸焊時速度可高些，感應焊時要低些。第七、阻抗器阻抗器的作用是加強高頻電流的集膚效應和相鄰效應，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。磁導率，除了阻抗器的材料要求以外，同時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會小很多，這時實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)。理論計算認為焊接壓力應為100~300MPa，但實際生產(chǎn)中這個區(qū)域的真實壓力很難測量。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時為0.5t～1t；6～10mm時為0.5t；10mm以上時為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，為到達消退灰斑的目的，寶鋼等廠家多實行了加大擠壓力，增加焊接余量的方6mm以上鋼管的擠壓余量達0.8~1.0高頻焊接常見的問題及其緣由，解決方法：緣由：輸出功率和壓力太小。12

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