ERW焊管的高频焊管生产线焊接原理
带钢在高频焊管生产线“成型”过程之后便形成了近似圆形的圆筒状,中间有一条开角近似V字形的缝隙,这个缝隙将来在高频电阻焊的作用下,使得缝隙两边的钢材达到熔融的状态,然后再在成型机的外界推力下缝合,初步形成ERW焊管。
1、高频电阻焊的基本原理
在我国,把高频电阻焊的焊接方法应用到焊接行业是从二十世纪五十年代就开始了。高频电阻焊的焊接方法的开始应用,极大的推动了我国直缝焊管行业的前进,是我国焊管转型的开始。这不仅仅是因为高频电阻焊的焊接技术是直缝焊管生产工序中的关键工序,还因为我们对高频电阻焊焊接技术的掌握程度将直接影响着直缝焊管质量的好坏。高频电阻焊技术是高频直缝焊管机通过环绕在钢管两边的高频电阻焊所产生的高频电流所带来的集肤效应和邻近效应来产生热量,进而在瞬间加热带钢两边缝合处的边缘,使得两边达到熔融状态,再在成型机挤压辊的挤压下将带钢对接起来,实现了金属再结晶,之后再喷水降温,进而初步形成了直缝焊管。
这里所说的高频电流,是指频率达到50KHz到400KHz的交流电流,远远大于我们普通使用的50Hz的交流电流频率。导体中通过交流电流时,导体中的电流会产生两种奇特的物理效应,那就是集肤效应和邻近效应,而且频率越高,这两种效应的作用越明显。高频电阻焊在焊接时使得带钢两边缘达到熔融状态的热量就是在这两种效应的作用下瞬时产生的。
集肤效应就是当导体中流过交变的电流时,导体中的电流并不像流过直流电那样是均匀分布的,而是不均匀分布的。从物理学的角度分析,我们知道,导线中流过交变的电流时,导体内部会产生涡流,并且涡流的方向与导体中心电流的方向是相反的,这样就会导致导体中心与导体表面的磁链分布不均匀,中心的要比表面的磁链大,进而导体中的电动势分布就不均匀了,中心的要比表面的电动势大,电动势又改变着电流的分布,使得电流在导体中的分布是不均匀,电流几乎都在导体表面流动,而中心则无电流,而不是像直流电那样均匀的分布在导体中。我们将这种交变电流流过导体时电流在导体表面流动的现象称为集肤效应。
邻近效应指的是两根相邻的导体中通过方向相反的电流时,导体中电流会向着两个导体相邻的方向分布。我们假设相邻两根导体为A和B,流过A和B的电流分布为a和b,且a和b的方向相反,那么,根据电磁学的原理我们可知,电流a和b会在彼此的电磁作用下,向着它们相邻的方向分布,而且当我们将这两根相邻的导体分布绕成线圈时,导体产生的磁动势就会随着线圈匝数的增加而增加,进而产生涡流,使得导体中的电流在绕组的表面流动的现象,就是邻近效应。
集肤效应和邻近效应是实现ERW焊管高频焊接的理论基础。高频焊接之所以能在短时间内加热带钢边缘,就是利用了交流电的集肤效应和邻近效应,集肤效应可以使高频电流的能量集中在带钢的表面,邻近效应可以用来改变高频电流流动路线的位置和范围,使得能量集中在管坯的缝合处,此时所产生的能量是很大,而且交流电的频率越高,能量越大,它可以在很短的时间内将相邻的钢板边缘加热至熔融状态,并通过挤压实现缝合对接。
2、高频焊接设备的结构和工作原理
我们不仅要知道高频焊接的基本原理,还得了解实现其的技术手段和电气设备。才能更好地知道影响ERW焊管焊接质量的原因。实现高频电阻焊焊接的机械设备就是高频直缝焊管机组,主要电气设备就是高频电阻焊机,通过上面的分析已经知道,成型机的作用是成型,是挤压逼迫带钢弯曲,达到近似圆形的管坯,这样的管坯中有条缝隙,这个缝隙就是高频电阻焊机产生热量并使得带钢缝合的地方。高频电阻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的热输入量。而在高频电阻焊机的两边是成型机,成型机一般是由挤压辊架组成的,它的作用是将被高频电流加热至熔融的带钢加以挤压,并且排除钢板表面的氧化层和杂质,使钢板再结晶达到“缝合”的功能。
高频发生器 我们通常所说到的高频焊管机组上,基本上都是由三个回路组成的高频发生器,这三个回路分别是:高频发电机组回路、固体变频器回路以及电子高频振荡器回路。而现在,在技术上更加改良了,基本上采用的都是单回路。这三个回路相互协调工作,产生高频电流。
馈电装置 馈电装置大致由三部分组成,分别是感应圈、电极触头和阻抗器。这三部分协调工作给管子输送高频电流。感应线圈一般是用紫铜制作的,电极触头的选择是与焊接方式有关的,对于接触焊这种焊接方式,因为电极头与带钢是接触的,在滑动过程中有磨损,对耐磨性有要求,所以会选择铜钨合金所制作的电极头;而对于感应焊这种焊接方式,并不与带钢接触,所以选电极头的选择要求可以比较宽松。阻抗器的作用是增加管子表面的感抗,工作时可以减少无效电流,提高焊接速度,它的主要部件是磁心。这三者协调工作,保证电流的供应,也就保证了焊接时能量的充足供应,这也焊接质量的保障。
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