高頻感應焊接管材解決方案

高頻感應焊接管材解決方案

什麼是感應焊接？

在感應焊接中，熱量是通過電磁感應在工件中產生的。 感應焊接的速度和準確性使其成為管道和管道邊緣焊接的理想選擇。 在此過程中，管道高速通過感應線圈。 當它們這樣做時，它們的邊緣被加熱，然後擠壓在一起形成縱向焊縫。 感應焊接特別適用於大批量生產。 感應焊機也可以配備接觸頭，將它們變成雙重用途的焊接系統。

感應焊的優點是什麼？

自動感應縱焊是一種可靠、高產量的工藝。 低功耗和高效率的 HLQ 感應焊接系統 減少開支。 它們的可控性和可重複性最大限度地減少了廢料。 我們的系統也很靈活——自動負載匹配可確保在各種管尺寸範圍內提供完整的輸出功率。 而且它們佔地面積小，因此很容易集成或改裝到生產線中。

感應焊用在什麼地方？

感應焊接在管道工業中用於不銹鋼（磁性和非磁性）、鋁、低碳和高強度低合金 (HSLA) 鋼以及許多其他導電材料的縱向焊接。

高頻感應焊接

在高頻感應管焊接過程中，高頻電流通過位於焊點前方（上游）的感應線圈在開縫管中感應出來，如圖1-1所示。 管子邊緣在穿過線圈時間隔開，形成一個開放的 V 形，其頂點略高於焊接點。 線圈不接觸管子。

圖1-1

線圈作為高頻變壓器的初級，開縫管作為一匝次級。 與一般感應加熱應用一樣，工件中的感應電流路徑往往與感應線圈的形狀一致。 大部分感應電流通過沿著邊緣流動並聚集在條帶中 V 形開口的頂點周圍來完成其圍繞形成的條帶的路徑。

高頻電流密度在頂點附近的邊緣和頂點本身處最高。 發生快速加熱，導致邊緣在到達頂點時處於焊接溫度。 壓力輥將加熱的邊緣壓在一起，完成焊接。

焊接電流的高頻導致沿 V 形邊緣的集中加熱。 它還有另一個優點，即總電流中只有非常小的一部分繞過成型帶的背面。 除非管的直徑與 V 形長度相比非常小，否則電流更喜歡沿著形成 V 形的管邊緣的有用路徑。

皮膚效果

高頻焊接過程取決於與高頻電流相關的兩種現象——集膚效應和鄰近效應。

集膚效應是高頻電流在導體表面集中的趨勢。

這在圖 1-3 中進行了說明，圖中顯示了高頻電流在各種形狀的絕緣導體中流動。 實際上，整個電流都在表面附近的淺表層中流動。

鄰近效應

在高頻焊接過程中重要的第二種電氣現像是鄰近效應。 這是一對去向/迴向導體中的高頻電流集中在彼此最接近的導體表面部分的趨勢。 這在圖1和4中說明。 1-6 到 XNUMX-XNUMX 用於圓形和方形導體橫截面形狀和間距。

鄰近效應背後的物理原理取決於這樣一個事實，即去/回導體周圍的磁場比其他地方更集中在它們之間的狹窄空間中（圖 1-2）。 磁力線的空間較小，並且被擠壓得更近。 因此，當導體靠得更近時，鄰近效應更強。 當彼此面對的側面更寬時，它也更堅固。

圖1-2

圖1-3

圖 1-6 說明了將兩個間隔很近的矩形去/回導體相對於彼此傾斜的效果。 HF 電流集中在最靠近的角處最大，並且沿著發散面逐漸變小。

圖1-4

圖1-5

圖1-6

電氣和機械的相互關係

為了獲得最佳電氣條件，必須優化兩個一般區域：

1. 首先是盡一切可能鼓勵盡可能多的總 HF 電流在 V 形中的有用路徑中流動。
2. 二是盡量使V字形的邊平行，這樣從裡到外受熱均勻。

目標 (1) 顯然取決於諸如焊接觸點或線圈的設計和放置以及安裝在管內的電流阻礙裝置等電氣因素。 設計受軋機上可用的物理空間以及焊接輥的佈置和尺寸的影響。 如果心軸用於內部斜切或滾壓，它會影響阻抗器。 此外，目標 (1) 取決於 V 形尺寸和開口角度。 因此，儘管 (1) 基本上是電氣的，但它與磨機機械密切相關。

目標 (2) 完全取決於機械因素，例如開口管的形狀和鋼帶的邊緣狀況。 這些可能會受到軋機故障通道甚至分切機中發生的事情的影響。

高頻焊接是一種機電工藝：發電機向邊緣供熱，但實際上是擠壓輥進行焊接。 如果邊緣達到適當的溫度，但仍有缺陷焊縫，則問題很可能出在軋機設置或材料中。

具體機械因素

歸根結底，vee 中發生的事情是最重要的。 那裡發生的一切都會對焊接質量和速度產生影響（無論好壞）。 在 vee 中要考慮的一些因素是：

1. V字長
2. 開度（Vee角）
3. 在焊接輥中心線前方多遠，帶材邊緣開始相互接觸
4. V形帶材邊緣的形狀和狀況
5. 帶材邊緣如何相互相遇——無論是同時穿過它們的厚度——還是首先在外側——或內側——或者通過毛刺或條子
6. V字形成型帶的形狀
7. 所有 V 形尺寸的穩定性，包括長度、開口角度、邊緣高度、邊緣厚度
8. 焊接觸點或線圈的位置
9. 當它們聚集在一起時，條帶邊緣相對於彼此的對齊
10. 擠出多少材料（帶材寬度）
11. 管子或管道必須超大多少才能確定尺寸
12. 有多少水或軋機冷卻劑倒入 V 形及其衝擊速度
13. 冷卻液清潔度
14. 鋼帶清潔度
15. 存在異物，例如氧化皮、碎屑、碎屑、夾雜物
16. 鋼骨架是沸騰鋼還是鎮靜鋼
17. 無論是焊接在鑲邊鋼的邊緣還是從多縫骨架焊接
18. 骨架的質量——無論是來自層壓鋼——還是帶有過多縱樑和夾雜物的鋼（“臟”鋼）
19. 條帶材料的硬度和物理特性（影響所需的回彈量和擠壓壓力）
20. 磨機速度均勻性
21. 分切質量

很明顯，在 V 形槽中發生的大部分事情都是已經發生的事情的結果——無論是在軋機本身，還是在帶鋼或鋼帶進入軋機之前。

圖1-7

圖1-8

高頻 V 形

本節的目的是描述 v 形的理想條件。 結果表明，平行邊緣在內部和外部之間提供均勻的加熱。 本節將給出保持邊緣盡可能平行的其他原因。 其他 V 型特徵，例如頂點的位置、打開的角度和運行時的穩定性將被討論。

後面的部分將根據現場經驗給出具體建議，以實現理想的 V 形條件。

頂點盡可能靠近焊接點

圖 2-1 顯示邊緣彼此相交的點（即頂點）位於壓力輥中心線的上游。 這是因為焊接時有少量材料被擠出。 頂點完成電路，來自一個邊緣的高頻電流轉向並沿著另一邊緣返回。

在頂點和壓力輥中心線之間的空間沒有進一步的加熱，因為沒有電流流動，並且由於熱邊緣和管的其餘部分之間的高溫梯度，熱量迅速消散。 因此，重要的是頂點盡可能靠近焊接輥中心線，以便在施加壓力時保持足夠高的溫度以形成良好的焊接。

這種快速散熱是造成這樣一個事實的原因：當 HF 功率增加一倍時，可達到的速度會增加一倍以上。 更高的功率導致更高的速度，從而減少了熱量被傳導走的時間。 在邊緣以電方式產生的熱量的大部分變得有用，並且效率增加。

V 形開口度

使頂點盡可能靠近焊接壓力中心線意味著 V 形開口應盡可能寬，但存在實際限制。 首先是工廠保持邊緣打開而不起皺或邊緣損壞的物理能力。 第二個是當兩個邊緣相距較遠時減少它們之間的鄰近效應。 然而，過小的 V 形開口可能會促進 V 形預起弧和過早閉合，從而導致焊接缺陷。

根據現場經驗，如果焊輥中心線上游 2.0″ 點邊緣之間的空間在 0.080″(2mm) 和 .200″(5mm) 之間，夾角在 2° 和5° 碳鋼。 不銹鋼和有色金屬需要更大的角度。

推薦 V 形開口

圖2-1

圖2-2

圖2-3

平行邊避免雙 V 形

圖 2-2 說明，如果內邊先匯合在一起，則有兩個 V 形 - 一個在外面，頂點在 A - 另一個在裡面，頂點在 B。外面的 V 形更長，它的頂點是靠近壓力輥中心線。

在圖 2-2 中，高頻電流更喜歡內部 V 形，因為邊緣靠得更近。 電流在 B 處轉向。在 B 點和焊點之間，沒有加熱，邊緣迅速冷卻。 因此，有必要通過增加功率或降低速度來使管過熱，以使焊點處的溫度足夠高以實現令人滿意的焊接。 這甚至會進一步惡化，因為內部邊緣比外部邊緣更熱。

在極端情況下，雙 V 形會導致內部滴水和外部冷焊。 如果邊是平行的，這一切都可以避免。

平行邊減少夾雜物

高頻焊接的重要優點之一是邊緣表面熔化了一層薄薄的表皮。 這使得氧化物和其他不需要的材料被擠出，從而提供乾淨、高質量的焊縫。 對於平行邊緣，氧化物在兩個方向上都被擠出。 他們的路上沒有任何東西，他們不必走得超過壁厚的一半。

如果內部邊緣先聚集在一起，則氧化物更難被擠出。 在圖 2-2 中，頂點 A 和頂點 B 之間有一個槽，其作用類似於盛放異物的坩堝。 這種材料漂浮在靠近熱內邊緣的熔化鋼上。 在通過頂點 A 後被擠壓期間，它無法完全通過較冷的外邊緣，並可能被困在焊接界面中，形成不需要的夾雜物。

在許多情況下，由於靠近外側的夾雜物導致的焊接缺陷被追踪到過早聚集在一起的內邊緣（即尖形管）。 答案是簡單地改變成型，使邊緣平行。 不這樣做可能會影響使用高頻焊接最重要的優勢之一。

平行邊減少相對運動

圖 2-3 顯示了圖 2-2 中 B 和 A 之間的一系列橫截面。 當尖頭管的內邊緣首先相互接觸時，它們會粘在一起（圖 2-3a）。 不久之後（圖 2-3b），被卡住的部分發生彎曲。 外角匯集在一起，就好像邊緣在裡面鉸接一樣（圖 2-3c）。

焊接過程中壁內部的這種彎曲在焊接鋼時比在焊接鋁等材料時危害更小。 鋼具有更寬的塑性溫度範圍。 防止這種相對運動可以提高焊接質量。 這是通過保持邊緣平行來完成的。

平行邊減少焊接時間

再次參考圖 2-3，焊接過程從 B 一直到焊接輥中心線。 正是在這條中心線上，最大壓力最終被施加，焊接完成。

相反，當邊緣平行併攏時，它們至少要到達 A 點才會開始接觸。幾乎立即施加了最大壓力。 平行邊緣可將焊接時間減少多達 2.5 比 1 或更多。

將邊緣平行地放在一起利用了鐵匠一直都知道的：趁熱打鐵！

V 形作為發電機的電氣負載

在高頻工藝中，當按照推薦使用阻抗器和接縫導軌時，沿 V 形邊緣的有用路徑包括放置在高頻發生器上的總負載電路。 V 型從發電機汲取的電流取決於 V 型的電阻抗。 該阻抗又取決於 V 形尺寸。 隨著 V 形變長（觸點或線圈向後移動），阻抗增加，電流趨於減小。 此外，降低的電流現在必須加熱更多的金屬（因為 V 型線更長），因此，需要更多的功率才能使焊接區域恢復到焊接溫度。 隨著壁厚的增加，阻抗降低，電流有增加的趨勢。 如果要從高頻發生器中汲取全部功率，則 V 形阻抗必須合理地接近設計值。 就像燈泡中的燈絲一樣，消耗的功率取決於電阻和施加的電壓，而不取決於發電站的大小。

因此，出於電氣原因，特別是當需要全 HF 發生器輸出時，V 型尺寸必須符合建議的要求。

成型模具

 

成形影響焊接質量

如前所述，高頻焊接的成功取決於成型部分是否為 V 形提供穩定、無碎屑和平行的邊緣。 我們不會嘗試為每個製造商和大小的軋機推薦詳細的工具，但我們確實提出了一些關於一般原則的想法。 理解了原因後​​，剩下的就是軋輥設計師的簡單工作了。 正確的成型工具可提高焊接質量，並使操作員的工作更輕鬆。

推薦使用邊折斷

我們建議使用直邊折邊或修改後的邊折邊。 這使管的頂部在前一兩次通過時具有最終半徑。 有時薄壁管過度成型以允許回彈。 最好不要依賴翅片通道來形成該半徑。 它們不能在不損壞邊緣的情況下變形，這樣它們就不會平行出現。 此建議的原因是邊緣在到達焊接輥之前將是平行的 - 即在 V 形中。 這與通常的 ERW 實踐不同，其中大的圓形電極必須作為高電流接觸裝置，同時作為輥來形成邊緣。

邊緣斷裂與中心斷裂

中心折斷的支持者表示，中心折斷輥可以處理各種尺寸，從而減少工具庫存並縮短換輥停機時間。 對於軋輥又大又貴的大型軋機，這是一個有效的經濟論據。 然而，這一優勢被部分抵消了，因為在最後一次翅片通過後，它們通常需要側輥或一系列平輥以保持邊緣向下。 高達至少 6 或 8" OD，邊緣斷裂更有利。

儘管對於厚壁而不是薄壁希望使用不同的頂部擊穿輥這一事實是正確的。 圖 3-1a 說明了為薄壁設計的上輥在側面沒有足夠的空間容納較厚的壁。 如果您試圖通過使用足夠窄的上輥來繞過這個問題，該上輥對於較寬厚度範圍內的最厚帶鋼來說足夠窄，那麼您將在圖 3-1b 中建議的範圍的薄端遇到麻煩。 條帶的邊將不被包含並且邊緣斷裂將不完整。 這會導致接縫在焊接輥中從一側滾動到另一側——這對於良好的焊接來說是非常不利的。

另一種有時會使用但我們不推薦用於小型工廠的方法是使用中間有墊片的組合底輥。 運行薄壁時，使用較薄的中心墊片和較厚的後部墊片。 這種方法的輥設計充其量是一種折衷。 圖 3-1c 顯示了當上輥設計用於厚壁而下輥通過更換墊片變窄以便運行薄壁時會發生什麼。 條帶在邊緣附近被擠壓，但在中心鬆散。 這往往會導致軋機不穩定，包括焊接 V 形槽。

另一個論點是邊緣斷裂會導致屈曲。 當過渡部分被正確加工和調整併且成形沿軋機正確分佈時，情況並非如此。

計算機控制的保持架成型技術的最新發展確保了平坦、平行的邊緣和快速的轉換時間。

根據我們的經驗，在可靠、一致、易於操作、高質量的生產中，為使用適當的斷邊而付出的額外努力會帶來豐厚的回報。

鰭通行證兼容

鰭傳球的進展應該順利地進入之前推薦的最後一個鰭傳球形狀。 每個 fin pass 應該做大約相同的工作量。 這避免了在過度加工的翅片通道中損壞邊緣。

圖3-1

焊接輥

 

Weld Rolls 和 Last Fin Rolls 相關聯

在 V 字形中獲得平行邊緣需要最後的翅片通過輥和焊接輥的設計相互關聯。 接縫導軌以及可能在該區域使用的任何側輥僅用於引導。 本節描述了一些在許多安裝中取得優異效果的焊接輥設計，並描述了與這些焊接輥設計相匹配的最後一個翅片通道設計。

高頻焊接中焊接輥的唯一功能是用足夠的壓力將加熱的邊緣壓在一起，以形成良好的焊接。 翅片輥設計應提供完全成型的骨架（包括邊緣附近的半徑），但在頂部向焊接輥開放。 開口就像一個完全封閉的管子，由兩半組成，底部用鋼琴鉸鏈連接，頂部簡單地擺開（圖 4-1）。 這種翅片卷設計實現了這一點，底部沒有任何不希望出現的凹陷。

雙輥佈置

焊接輥必須能夠以足夠的壓力關閉管子以翻轉邊緣，即使焊機關閉且邊緣很冷。 如圖 4-1 中的箭頭所示，這需要較大的水平分力。 獲得這些力的一種簡單、直接的方法是使用圖 4-2 中建議的兩個側輥。

雙輥箱的建造相對經濟。 在運行過程中只有一個螺絲可以調整。 它有右旋和左旋螺紋，將兩個卷一起移入和移出。 這種佈置廣泛用於小直徑和薄壁。 雙輥結構具有重要的優勢，它可以使用由 THERMATOOL 開發的扁平橢圓形焊接輥喉形狀，以幫助確保管邊緣平行。

在某些情況下，雙輥佈置可能容易在管上造成漩渦痕跡。 一個常見的原因是成型不當，需要輥邊緣施加高於正常壓力的壓力。 需要高焊接壓力的高強度材料也可能出現漩渦痕。 經常用擋板輪或打磨機清潔輥邊將有助於減少標記。

在運動時打磨軋輥可以最大限度地減少過度打磨或劃傷軋輥的可能性，但這樣做時應格外小心。 在緊急情況下，始終有人站在急停按鈕旁邊。

圖4-1

圖4-2

三輥排列

許多軋機操作員更喜歡圖 4-3 所示的三輥佈置用於小管（最大約 4-1/2”OD）。 與雙輥佈置相比，它的主要優點是幾乎消除了漩渦痕跡。 如果有必要，它還提供校正邊緣配準的調整。

三個相隔 120 度的輥安裝在重型三爪渦旋卡盤上的 U 形夾中。 它們可以通過卡盤螺釘一起進出調節。 夾頭安裝在堅固的可調節背板上。 第一次調整是在三個捲筒緊緊閉合在機加工塞子上進行的。 背板可垂直和橫向調整，以使下輥與軋機道次高度和軋機中心線精確對準。 然後背板被牢固地鎖定，在下一次換輥之前不需要進一步調整。

固定兩個上輥的 U 形夾安裝在帶有調節螺釘的徑向滑塊中。 這兩個輥中的任何一個都可以單獨調整。 這是通過滾動卡盤共同調整三個輥的補充。

兩卷——卷設計

對於外徑小於 1.0 左右的管材和兩輥箱，推薦的形狀如圖 4-4 所示。 這是最佳形狀。 它提供最佳的焊接質量和最高的焊接速度。 在大約 1.0 OD 以上，020 偏移量變得微不足道並且可以省略，每個卷都是從一個共同的中心開始研磨的。

三輥——輥設計

三輥焊喉通常磨圓，直徑DW等於成品管直徑D加上尺寸餘量a

RW = DW/2

對於雙輥箱，使用圖 4-5 作為選擇輥直徑的指南。 頂部間隙應為 050 或等於要運行的最薄壁，以較大者為準。 其他兩個間隙最大應為 060，對於非常薄的壁，縮放至低至 020。 為雙輥箱提出的關於精度的相同建議也適用於此。

圖4-3

圖4-4

圖4-5

最後的鰭通行證

 

設計目標

為最後一次鰭傳球推薦的形狀是根據以下幾個目標選擇的：

1. 將管子呈現給形成邊緣半徑的焊接輥
2. 通過 V 形具有平行邊
3. 提供令人滿意的 V 型開口
4. 與之前推薦的焊接輥設計兼容
5. 要簡單易磨。

最後翅片形狀

推薦的形狀如圖 4-6 所示。 底部輥具有從單個中心開始的恆定半徑。 兩個上輥半部中的每一個也具有恆定的半徑。 但是，上輥半徑 RW 不等於下輥半徑 RL，並且磨削上輥半徑的中心橫向偏移距離 WGC。 翅片本身呈一定角度錐形。

設計標準

維度由以下五個標準確定：

1. 頂部磨削半徑與焊輥磨削半徑 RW 相同。
2. 周長 GF 比焊輥中的周長 GW 大一個等於擠出餘量 S 的量。
3. 翅片厚度 TF 使得邊緣之間的開口與圖 2-1 一致。
4. 翅片錐角 a 使得管邊緣將垂直於切線。
5. 選擇上輥法蘭和下輥法蘭之間的空間 y 以容納沒有標記的帶材，同時提供一定程度的操作調整。

 

 

 

高頻感應焊機技術特點：

 

 

1. 真正的全固態IGBT功率調節和變流控制技術，採用獨特的IGBT軟開關高頻斬波和非晶濾波進行功率調節，高速精確的軟開關IGBT逆變控制，實現100-800KHZ/ 3 -300KW產品應用。
2. 採用進口大功率諧振電容，獲得穩定的諧振頻率，有效提升產品品質，實現焊管工藝穩定。
3. 用高頻斬波功率調節技術替代傳統晶閘管功率調節技術，實現微秒級控制，大大實現焊管過程功率輸出的快速調節和穩定，輸出紋波極小，振盪電流小穩定的。 保證了焊縫的平整度和直線度。
4. 安全。 設備內無高頻、萬伏高壓，可有效避免輻射、干擾、放電、打火等現象。
5. 抗網絡電壓波動能力強。
6. 全功率範圍內功率因數高，有效節能。
7. 高效節能。 設備從輸入到輸出均採用大功率軟開關技術，最大限度降低功率損耗，獲得極高的電效率，在全功率範圍內具有極高的功率因數，有效節能，有別於傳統電子管型高頻，可節省30-40%的節能效果。
8. 設備小型化、集成化，大大節省了佔用空間。 該設備不需要降壓變壓器，不需要工頻大電感來調節SCR。 小型一體式結構，安裝、維護、運輸、調整方便。
9. 200-500KHZ的頻率範圍實現了鋼管和不銹鋼管的焊接。
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高頻感應管材焊接解決方案