| 直縫高頻焊接鋼管具有工藝相對簡單，快速連續(xù)生產的特點，在民用建筑、石化、輕工等部門有廣泛用途。高頻焊接是根據電磁感應原理和交流電荷的導體中的趨膚效應、鄰近效應和渦流效應，使焊縫邊緣的鋼材局部加熱到熔融狀態(tài)，經滾輪的擠壓，使對接焊縫實現(xiàn)晶間接合，從而達到焊縫焊接之目的。本文概述了直縫鋼管高頻焊接的原理與工藝方法及其應用情況。 |
| 關鍵詞 鋼管 頻率 焊接 工藝 |
| 前言 |
| 直縫高頻焊接鋼管具有工藝相對簡單，快速連續(xù)生產的特點，在民用建筑、石化、輕工等部門有廣泛用途。多用于輸送低壓流體或做成各種工程構件及輕工產品。 |
| 1.直縫高頻焊接鋼管的生產工藝流程 |
| 直縫焊接鋼管是通過高頻焊接機組將一定的規(guī)格的長條形鋼帶卷成圓管狀并將直縫焊接而成鋼管。鋼管的形狀可以是圓形的，也可以是方形或異形的，它取決于焊后的定徑軋制。焊接鋼管的材料主要是：低碳鋼及σs≤300N/mm2、σs≤500N/mm2的低合金鋼或其他鋼材。直縫鋼管高頻焊接的生產工藝流程如下： |
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| 2.高頻焊接 |
| 高頻焊接是根據電磁感應原理和交流電荷在導體中的趨膚效應、鄰近效應和渦流熱效應，使焊縫邊緣的鋼材局部加熱到熔融狀態(tài)，經滾輪的擠壓，使對接焊縫實現(xiàn)晶間接合，從而達到焊縫焊接之目的。高頻焊是一種感應焊（或壓力接觸焊），它無需焊縫填充料，無焊接飛濺，焊接熱影響區(qū)窄，焊接成型美觀，焊接機械性能良好等優(yōu)點，因此在鋼管的生產中受到廣泛的應用。 |
| 鋼管的高頻焊接正是利用交流電的趨膚效應和鄰近效應，鋼材（帶鋼）經滾壓成型后，形成一個截面斷開的圓形管坯，在管坯內靠近感應線圈中心附近旋轉一個或一組阻抗器（磁棒），阻抗器與管坯開口處形成一個電磁感應回路，在趨膚效應和鄰近效應的作用下，管坯開口處邊緣產生強大而集中的熱效應，使焊縫邊緣迅速加熱到焊接所需溫度經壓輥擠壓后，熔融狀態(tài)的金屬實現(xiàn)晶間接合，冷卻后形成一條牢固的對接焊縫。 |
| 3.高頻焊管機組 |
| 直縫鋼管的高頻焊接過程是在高頻焊管機組中完成的。高頻焊管機組通常由滾壓成型、高頻焊接、擠壓、冷卻、定徑、飛鋸切斷等部件組成，機組的前端配有儲料活套，機組的后端配有鋼管翻轉機架；電氣部分主要有高頻發(fā)生器、直流勵磁發(fā)電機和儀表自動控制裝置等組成。現(xiàn)以φ165mm高頻焊管機組為例，其主要技術參數(shù)如下： |
| 3.1 焊管成品 圓管外徑： φ111~165mm 方管： 50×50~125×125mm 矩形管： 90×50~160×60~180×80mm 成品管壁厚：2~6mm |
| 3.2 成型速度： 20~70米/分鐘 |
| 3.3 高頻感應器： 熱功率： 600KW 輸出頻率： 200~250KHz 電源： 三相380V 50Hz 冷卻： 水冷 激勵電壓： 750~1500V |
| 4.高頻激勵電路 |
| 高頻激勵電路（又稱高頻振蕩電路），是由安裝在高頻發(fā)生器內的大型電子管和振蕩槽路組成，它是利用電子管的放大作用，在電子管接通燈絲和陽極時，把陽極輸出信號正反饋到柵極，形成自激振蕩回路。激勵頻率的大小取決于振蕩槽路的電氣參數(shù)（電壓、電流、電容和電感）。 |
| 5.直縫鋼管高頻焊接工藝 |
| 5.1 焊縫間隙的控制 |
| 將帶鋼送入焊管機組，經多道軋輥滾壓，帶鋼逐漸卷起，形成有開口間隙的圓形管坯，調整擠壓輥的壓下量，使焊縫間隙控制在1~3mm，并使焊口兩端齊平。如間隙過大，則造成鄰近效應減少，渦流熱量不足，焊縫晶間接合不良而產生未熔合或開裂。如間隙過小則造成鄰近效應增大，焊接熱量過大，造成焊縫燒損；或者焊縫經擠壓、滾壓后形成深坑，影響焊縫表面質量。 |
| 5.2 焊接溫度控制 |
| 焊接溫度主要受高頻渦流熱功率的影響，根據公式（2）可知，高頻渦流熱功率主要受電流頻率的影響，渦流熱功率與電流激勵頻率的平方成正比；而電流激勵頻率又受激勵電壓、電流和電容、電感的影響。激勵頻率公式為： |
f=1/[2π(CL)1/2]...(1) |
| 式中：f-激勵頻率(Hz)；C-激勵回路中的電容(F)，電容=電量/電壓；L-激勵回路中的電感，電感=磁通量/電流 |
| 上式可知，激勵頻率與激勵回路中的電容、電感平方根成反比、或者與電壓、電流的平方根成正比，只要改變回路中的電容、電感或電壓、電流即可改變激勵頻率的大小，從而達到控制焊接溫度的目的。對于低碳鋼，焊接溫度控制在1250~1460℃，可滿足管壁厚3~5mm焊透要求。另外，焊接溫度亦可通過調節(jié)焊接速度來實現(xiàn)。 |
| 當輸入熱量不足時，被加熱的焊縫邊緣達不到焊接溫度，金屬組織仍然保持固態(tài)，形成未熔合或未焊透；當輸入熱時不足時，被加熱的焊縫邊緣超過焊接溫度，產生過燒或熔滴，使焊縫形成熔洞。 |
| 5.3 擠壓力的控制 |
| 管坯的兩個邊緣加熱到焊接溫度后，在擠壓輥的擠壓下，形成共同的金屬晶粒互相滲透、結晶，最終形成牢固的焊縫。若擠壓力過小，形成共同晶體的數(shù)量就小，焊縫金屬強度下降，受力后會產生開裂；如果擠壓力過大，將會使熔融狀態(tài)的金屬被擠出焊縫，不但降低了焊縫強度，而且會產生大量的內外毛刺，甚至造成焊接搭縫等缺陷。 |
| 5.4 高頻感應圈位置的調控 |
| 高頻感應圈應盡量接近擠壓輥位置。若感應圈距擠壓輥較遠時，有效加熱時間較長，熱影響區(qū)較寬，焊縫強度下降；反之，焊縫邊緣加熱不足，擠壓后成型不良。 |
| 5.5 阻抗器是一個或一組焊管專用磁棒，阻抗器的截面積通常應不小于鋼管內徑截面積的70%，其作用是使感應圈、管坯焊縫邊緣與磁棒形成一個電磁感應回路，產生鄰近效應，渦流熱量集中在管坯焊縫邊緣附近，使管坯邊緣加熱到焊接溫度。阻抗器用一根鋼絲拖動在管坯內，其中心位置應相對固定在接近擠壓輥中心位置。開機時，由于管坯快速運動，阻抗器受管坯內壁的磨擦而損耗較大，需要經常更換。 |
| 5.6 焊縫經焊接和擠壓后會產生焊疤，需要清除。清除方法是在機架上固定刀具，靠焊管的快速運動，將焊疤刮平。焊管內部的毛刺一般不清除。 |
| 5.7 工藝舉例 現(xiàn)以焊制φ32×2mm 直縫焊管為例，簡述其工藝參數(shù)： 帶鋼規(guī)格：2×98mm 帶寬按中徑展開加少量成型余量 鋼材材質：Q235A 輸入 勵磁電壓：150V 勵磁電流：1.5A 頻率：50Hz 輸出 直流電壓：11.5kV 直流電流：4A 頻率：120000Hz 焊接速度：50米/分鐘 參數(shù)調節(jié)：根據焊接線能量的變化及時調節(jié)輸出電壓和焊接速度。參數(shù)固定后一般不用調整。 |
| 6.高頻焊管的技術要求與質量檢驗 |
| 根據GB3092《低壓流體輸送用焊接鋼管》標準的規(guī)定，焊管的公稱直徑為6~150mm，公稱壁厚為2.0~6.0mm，焊管的長度通常為4~10米，可按定尺或倍尺長度出廠。鋼管表面質量應光滑，不允許有折疊、裂縫、分層、搭焊等缺陷存在。鋼管表面允許有不超過壁厚負偏差的劃道、刮傷、焊縫錯位、燒傷和結疤等輕微缺陷存在。允許焊縫處壁厚增厚和內縫焊筋存在。 |
| 焊接鋼管應做機械性能試驗和壓扁試驗以及擴口試驗，并要達到標準規(guī)定的要求。鋼管應能承受一定的內壓力，必要時進行2.5Mpa壓力試驗，保持一分鐘無滲漏。允許用渦流探傷的方法代替水壓試驗。渦流探傷按GB7735《鋼管渦流探傷檢驗方法》標準執(zhí)行。渦流探傷方法是將探頭固定在機架上，探傷與焊縫保持3~5mm距離，靠鋼管的快速運動對焊縫進行全面的掃查，探傷信號經渦流探傷儀的自動處理和自動分選，達到探傷的目的。 |
| 探傷后的焊管用飛鋸按規(guī)定長度切斷，經翻轉架下線。鋼管兩端應平頭倒角，打印標記，成品管用六角形捆扎包裝后出廠。 |
| 7.小結 |
| 直縫高頻焊管技術具有工藝簡單、效率高的特點，在民用建筑、石化、輕工等部門有廣泛的應用前景。 |
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