HFW焊管高频直缝焊管机组高频感应焊接的研究应用
一、高频焊接的原理
所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50~400kHz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。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面。而且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。
二、影响高频焊接的主要因素以及相应的解决措施
1、频率
高频直缝焊管机组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350~450kHz的频率；焊接合金钢材料或10mm以上的厚钢板时，可采用50~150kHz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，此外焊接频率与热影响区也有较大的关系。
高频趋肤深度是材料特性、材料温度特性以及频率特性的综合表现。通常较高的频率会有较浅的趋肤深度，较低的频率会有较深的趋肤深度。
高频直缝焊管设备焊接最常用的焊接频率是400kHz，然而对于非常小直径和非常薄壁的高频焊管来说，更高的频率将更加有利于焊接。大壁厚(16mm以上)的高频焊管则易于使用相对较低的频率，通常频率范围为120-250kHz。
2、会合角Vee的控制
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，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。
Vee角控制通常是为了保证合适的临近效应的产生和避免钢带边缘状态不好产生的预拉弧现象发生。碳钢管生产时儒尽量控制在4~6°，不锈钢和铝管生产时则需≥5~7°。
1)会合角小时邻近效应显著，有利于提高焊接速度，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，过梁爆破后容易形成深坑和针孔，难以压合。
2)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。实际生产中我们一般在4~6°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。
3、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。高频直缝焊管生产线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。
4、焊接速度
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。4~6mm的钢管焊接速度可达到25m/s，6~8mm的钢管焊接速度可达到12m/s，10~16mm的钢管焊接速度在12m/s以下。接触焊时速度可高些，感应焊时要低些。
5、阻抗器
阻抗器的作用是加强高频电流的集肤效应和邻近效应，阻抗器一般采用M-XO/N-XO类铁氧化体制造，通常做成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6~15mm，管径大时取上限值，其头部与焊接点的间距取10~20mm。
6、焊接压力(挤压量)
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以上的挤压量为：3-6mm时为0.5~0.7t；6~10mm时为0.5t；10mm以上时为0.3~0.5t。
API钢管生产中，常出现焊缝灰斑缺陷，灰斑缺陷是难熔的氧化物，为达到消除氧化物的目的，采取了加大挤压力，增加焊接余量的方法，6mm以上钢管的挤压余量达0.8~1.0倍的料厚，效果很好。
泊头市泊衡冶金设备制造有限公司(http://www.bhy
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