Question

高频焊接的主要因素

Answer 1

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。
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。 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。 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接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。坡口设计必须考虑母材的熔合比，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ΔB。
ΔB=5.1Aω/t+1.27d
式中Aω——焊缝横截面积，mm³,t——板厚，mm，d——焊缝根部间隙，mm。找出ΔB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）。 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/分钟，世界上已有机组速度甚至于达到400米/分钟，而高频焊接特别是感应焊只能在60米/分钟以下，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/分钟。
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/分钟，4~6mm的钢管焊接速度可达到25米/分钟，6~8 mm的钢管焊接速度可达到12米/分钟，10~16 mm的钢管焊接速度在12米/分钟以下。接触焊时速度可高些，感应焊时要低些。 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Φ10mm×（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。 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。
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，为达到消除灰斑的目的，宝钢等厂家多采取了加大挤压力，增加焊接余量的方法，6mm以上钢管的挤压余量达0.8~1.0的料厚，效果很好。
高频焊接常见的问题及其原因，解决方法：
⑴焊接不牢，脱焊，冷叠；
原因：1.输出功率、压力、速度三者之间不匹配。
2.条料边缘损伤或存在其它缺陷。
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；4 调整速度。
⑵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。
⑶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；3 提高焊接速度。
⑷焊缝毛刺太高；
原因：热影响区太宽。
解决方法：1提高焊接速度；2 调整功率。
⑸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。
⑹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。
⑺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。