usdt高频焊接的基本原理

usdt高频焊接的基本原理

2020-12-13 18:09

  高频焊接的基本原理_物理_自然科学_专业资料。高频焊接的基本原理 所谓高频,是相对于 50Hz 的交流电流频率而言的,一般是指 50KHz~400KHz 的高频电流。 高频电流通过金属导体时,会产生两种奇特的效应:集肤效应和邻近效应,高频焊接就是

  高频焊接的基本原理 所谓高频,是相对于 50Hz 的交流电流频率而言的,一般是指 50KHz~400KHz 的高频电流。 高频电流通过金属导体时,会产生两种奇特的效应:集肤效应和邻近效应,高频焊接就是利 用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么,这两个效应是怎么回事呢? 集肤效应 是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时,电流的密度不是均匀地分布于导 体的所有截面的,它会主要向导体的表面集中,即电流在导体表面的密度大,在导体内部的 密度小,所以我们形象地称之为: “集肤效应” 。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量,穿 透深度值越小,集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比,usdt与频率和磁 导率的平方根成反比。通俗地说,频率越高,电流就越集中在钢板的表面;频率越低,表面 电流就越分散。 必须注意: 钢铁虽然是导体, 但它的磁导率会随着温度升高而下降, 就是说, 当钢板温度升高的时候,磁导率会下降,集肤效应会减小。 邻近效应 是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时,电流会向两个导体相近的边缘集 中流动,即使两个导体另外有一条较短的边,电流也并不沿着较短的路线流动,我们把这种 效应称为: “邻近效应” 。邻近效应本质上是由于感抗的作用,感抗在高频电流中起主导的作 用。 邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高, 如果在邻近导体周围再加上一个 磁心,那么高频电流将更集中于工件的表层。 这两种效应是实现金属高频焊接的基础。 高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集 中在工件的表面; 而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。 电流的速度是 很快的, 它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热, 熔融, 并通过挤压实现对接。 2 高 频焊接设备的结构和工作原理 了解了高频焊接原理, 还得要有必要的技术手段来实现它。 高频焊接设备就是用于实现高频 焊接的电气—机械系统, 高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。 其中高频焊接 机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成, 它的作用是产生高频电流并控制它; 成型机 由挤压辊架组成, 它的作用是将被高频电流熔融的部分加以挤压, 排除钢板表面的氧化层和 杂质,使钢板完全熔合成一体。 3 高频焊接质量控制的要点 影响高频焊接质量的因素很多,而且这些因素在同一个系统内互相作用,一个因素变了,其 它的因素也会随着它的改变而改变。所以,在高频调节时,光是注意到频率,电流或者挤压 量等局部的调节是不够的, 这种调整必须根据整个成型系统的具体条件, 从与高频焊接有关 联的所有方面来调整。 影响高频焊接的主要因素有以下八个方面: 第一, 频率 高频焊接时的频率对焊接有极大的影响, 因为高频频率影响到电流在钢板内部的分布性。 选 用频率的高低对于焊接的影响主要是焊缝热影响区的大小。 从焊接效率来说, 应尽可能采用 较高的频率。100KHz 的高频电流可穿透铁素体钢 0.1mm, 400KHz 则只能穿透 0.04mm,即在 钢板表面的电流密度分布,后者比前者要高近 2.5 倍。在生产实践中,焊接普碳钢材料时一般 可选取 350KHz~450KHz 的频率;焊接合金钢材料,焊接 10mm 以上的厚钢板时,可采用 50KHz~150KHz 那样较低的频率,因为合金钢内所含的铬,锌,铜,铝等元素的集肤效应与 钢有一定差别。 国外高频设备生产厂家现在已经大多采用了固态高频的新技术, 它在设定了 一个频率范围后,会在焊接时根据材料厚度,机组速度等情况自动跟踪调节频率。 第 二, 会合角 会合角是钢管两边部进入挤压点时的夹角。 由于邻近效应的作用, 当高频电流通过钢板边缘 时,usdt,钢板边缘会形成预热段和熔融段(也称为过梁)这过梁段被剧烈加热时,其内部的钢水 被迅速汽化并爆破喷溅出来,形成闪光,会合角的大小对于熔融段有直接的影响。 会合角小时邻近效应显著,有利提高焊接速度,但会合角过小时,预热段和熔融段变长,而 熔融段变长的结果,使得闪光过程不稳定,过梁爆坡后容易形成深坑和针孔,难以压合。 会合角过大时,熔融段变短,闪光稳定,但是邻近效应减弱,焊接效率明显下降,功率消耗 增加。同时在成型薄壁钢管时,会合角太大会使管的边缘拉长,产生波浪形折皱。现时生产 中我们一般在 2°--6°内调节会合角,生产薄板时速度较快, 挤压成型时要用较小的会合角; 生产厚板时车速较慢,挤压成型时要用较大的会合角。有厂家提出一个经验公式:会合角× 机组速度≮100,可供参考。 第三, 焊接方式 高频焊接有两种方式:接触焊和感应焊。 接触焊是以一对铜电极与被焊接的钢管两边部相接触, 感应电流穿透性好, 高频电流的两个 效应因铜电极与钢板直接接触而得到最大利用, 所以接触焊的焊接效率较高而功率消耗较低, 在高速低精度管材生产中得到广泛应用,在生产特别厚的钢管时一般也都需要采用接触焊。 但是接触焊时有两个缺点:一是铜电极与钢板接触,磨损很快;二是由于钢板表面平整度和 边缘直线度的影响,接触焊的电流稳定性较差,焊缝内外毛刺较高,在焊接高精度和薄壁管 时一般不采用。 感应焊是以一匝或多匝的感应圈套在被焊的钢管外, 多匝的效果好于单匝, 但是多匝感应圈 制作安装较为困难。 感应圈与钢管表面间距小时效率较高, 但容易造成感应圈与管材之间的 放电,一般要保持感应圈离钢管表面有 5~8 mm 的空隙为宜。采用感应焊时,由于感应圈不 与钢板接触,所以不存在磨损,其感应电流较为稳定,保证了焊接时的稳定性,焊接时钢管 的表面质量好,焊缝平整在生产如 API 等高精度管子时,基本上都采用感应焊的形式。 第 四, 输入功率 高频焊接时的输入功率控制很重要。功率太小时管坯坡口加热不足,达不到焊接温度,会 造成虚焊,脱焊,夹焊等未焊合缺陷;功率过大时,则影响到焊接稳定性,管坯坡口面加热 温度大大高于焊接所需的温度,造成严重喷溅,针孔,夹渣等缺陷,这种缺陷称为过烧性缺 陷。高频焊接时的输入功率要根据管壁厚度和成型速度来调整确定,不同成型方式,不同的 机组设备,不同的材料钢级,都需要我们从生产第一线去总结,编制适合自己机组设备的高 频工艺。 第五, 管坯坡口 管坯的坡口即断面形状,一般的厂家在纵剪后直接进入高频焊接,其坡口都是呈“I”形。 当焊接材料厚度大于 8~10mm 以上的管材时,如果采用这种“I”形坡口,因为弯曲圆弧的 关系,就需要融熔掉管坯先接触的内边层,形成很高的内毛刺,而且容易造成板材中心层和 外层加热不足,影响到高频焊缝的焊接强度。所以在生产厚壁管时,管坯最好经过刨边或铣 边处理,使坡口呈“X”形,实践证明,这种坡口对于均匀加热从而保障焊缝质量有很大关 系。 坡口形状的选取,也影响到调节会合角的大小。 焊接接头口设计在焊接工程中设计中是较薄弱的环节, 主要是许多钢结构件的结法治坡口设 计不是出自焊接工程技术人员之手, 硬性套标准和工艺性能较差的坡口屡见不鲜。 坡口形式 对控制焊缝内部质量和焊接结构制造质量有着很重要作用。坡口设计必须考母材的熔合比, 施焊空间,焊接位置和综合经济效益等问题。应先按下式计算横向收缩值Δ B。 Δ B=5.1A ω /t+1.27d 式中 Aω ——焊缝横截面积,mm ,t——板厚,mm,d——焊缝根部间隙,mm。 找 出Δ B 与 Aω 的关系后,即可根据两者关系列表分析,处理数据,进行优化设计,最后确定 矩形管对接焊缝破口形式(图 2) 。 第六, 焊接速度 焊管机组的成型速度受到高频焊接速度的制约,一般来说,机组速度可以开得较快,达到 100 米/每秒,世界上已有机组速度甚至于达到 400 米/每秒,而高频焊接特别是感应焊只能 在 60 米/每秒以下, 超过 10mm 的钢板成型, 国内机组生产的成型速度实际上只能达到 8~12 米/每秒。 焊接速度影响焊接质量。焊接速度提高时,有利于缩短热影响区,有利于从熔融 坡口挤出氧化层;反之,当焊接速度很低时,热影响区变宽,会产生较大的焊接毛刺,氧化 层增厚,焊缝质量变差。当然,焊接速度受输出功率的限制,不可能提得很高。 国内机组操作经验显示,2~3 mm 的钢管焊接速度可达到 40 米/秒,4~6mm 的钢管焊接速度 可达到 25 米/秒,6~8 mm 的钢管焊接速度可达到 12 米/秒,10~16 mm 的钢管焊接速度在 12 米/秒以下。接触焊时速度可高些,感应焊时要低些。 第七, 阻抗器 阻抗器的作用是加强高频电流的集肤效应和相邻效应,阻抗器一般采用 M-XO/N-XO 类铁氧 化体制造,通常做成Φ 10mm×(120--160)mm 规格的磁棒,捆装于耐热,绝缘的外壳里,内 部通以水冷却。 阻抗器的设置要与管径相匹配,以保证相应的磁通量。要保证阻抗器的磁导率,除了阻抗器 的材料要求以外,同时要保证阻抗器的截面积与管径的截面积之比要足够的大。在生产 API 管等高等级管子时,都要求去除内毛刺,阻抗器只能安放在内毛刺刀体内,阻抗器的截面积 相应会小很多,这时采取磁棒的集中扇面布置的效果要好于环形布置。 阻抗器与焊接点的位置距离也影响焊接效率,阻抗器与管内壁的间隙一般取 6~15 mm,管 径大时取上限值;阻抗器应与管子同心安放,其头部与焊接点的间距取 10~20 mm,同理, 管径大时取大的值。 第八, 焊接压力 焊接压力也是高频焊接的主要参数。理论计算认为焊接压力应为 100~300MPa,但实际生产 中这个区域的真实压力很难测量。一般都是根据经验估算,换算成管子边部的挤压量。不同 的壁厚取不同的挤压量,通常 2mm 以下的挤压量为:3~6 mm 时为 0.5t~ t;6~10 mm 时为 0.5t;10 mm 以上时为 0.3t~0.5t。 高频焊接常见的问题及其原因,解决方法: 《1》焊接不 牢,脱焊,冷叠; 原因:输出功率和压力太小; 解决方法: 1 调整功率; 2 厚料管坯改变坡口形状; 3 调节挤压力《2》 焊缝两边出现波纹;原 因:会合角太大, 解决方法:1 调整导向辊位置;2 调整实弯成型段;3 提高焊接速度 《3》焊缝有深坑和针 孔; 原因:出现过烧 解决方法:1 调整导向辊位置,加大会合角;2 调整功率《5》夹渣; 原因:输入功率过大,焊接速度太慢 解决方法:1 调整功率;2 提高焊接速度 《6》焊缝外 裂纹; 原因:母材质量不好;受太大的挤压力 解决方法:1 保证材质;2 调整挤压力 《7》错焊, 搭焊 原因:成型精度差; 解决方法:调整机组成型模辊; 高频焊接是焊管生产中的关键工序, 由于系统性的影响因素, 至今还需要我们在生产第一线 中探索经验,每一台机组都有它的设计和制造差别,每一个操作者也有不同的习惯,也就是 说有,机组和人一样,都有自己的个性。我们将这些资料提供给大家,是为了让我们更好得 了解高频焊接的基本原理, 从而更好地结合自己的生产实践, 总结出适合于自己机组的操作 规程。

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