焊管高頻焊接原理

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1、焊管高頻焊接原理高頻焊接起源于上世紀(jì)五十年代，它是利用高頻電流所產(chǎn)生的集膚效應(yīng)和相鄰效應(yīng)，將鋼板和其它金屬材料對(duì)接起來(lái)的新型焊接工藝。高頻焊接技術(shù)的出現(xiàn)和成熟，直接推動(dòng)了直縫焊管產(chǎn)業(yè)的巨大發(fā)展，它是直縫焊管（ERW）生產(chǎn)的關(guān)鍵工序。高頻焊接質(zhì)量的好壞，直接影響到焊管產(chǎn)品的整體強(qiáng)度，質(zhì)量等級(jí)和生產(chǎn)速度。作為焊管生產(chǎn)制造者，必須深刻了解高頻焊接的基本原理；了解高頻焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理；了解高頻焊接質(zhì)量控制的要點(diǎn)。1高頻焊接的基本原理所謂高頻，是相對(duì)于50Hz的交流電流頻率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高頻電流。高頻電流通過(guò)金屬導(dǎo)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩種奇特的效應(yīng)：集膚效應(yīng)和鄰近效

2、應(yīng)，高頻焊接就是利用這兩種效應(yīng)來(lái)進(jìn)行鋼管的焊接的。那么，這兩個(gè)效應(yīng)是怎么回事呢？集膚效應(yīng)是指以一定頻率的交流電流通過(guò)同一個(gè)導(dǎo)體時(shí)，電流的密度不是均勻地分布于導(dǎo)體的所有截面的，它會(huì)主要向?qū)w的表面集中，即電流在導(dǎo)體表面的密度大，在導(dǎo)體內(nèi)部的密度小，所以我們形象地稱(chēng)之為：“集膚效應(yīng)”。集膚效應(yīng)通常用電流的穿透深度來(lái)度量，穿透深度值越小，集膚效應(yīng)越顯著。這穿透深度與導(dǎo)體的電阻率的平方根成正比，與頻率和磁導(dǎo)率的平方根成反比。通俗地說(shuō)，頻率越高，電流就越集中在鋼板的表面；頻率越低，表面電流就越分散。必須注意：鋼鐵雖然是導(dǎo)體，但它的磁導(dǎo)率會(huì)隨著溫度升高而下降，就是說(shuō)，當(dāng)鋼板溫度升高的時(shí)候，磁導(dǎo)率

3、會(huì)下降，集膚效應(yīng)會(huì)減小。鄰近效應(yīng)是指高頻電流在兩個(gè)相鄰的導(dǎo)體中反向流動(dòng)時(shí)，電流會(huì)向兩個(gè)導(dǎo)體相近的邊緣集中流動(dòng)，即使兩個(gè)導(dǎo)體另外有一條較短的邊，電流也并不沿著較短的路線流動(dòng)，我們把這種效應(yīng)稱(chēng)為：“鄰近效應(yīng)”。鄰近效應(yīng)本質(zhì)上是由于感抗的作用，感抗在高頻電流中起主導(dǎo)的作用。鄰近效應(yīng)隨著頻率增高和相鄰導(dǎo)體的間距變近而增高，如果在鄰近導(dǎo)體周?chē)偌由弦粋€(gè)磁心，那么高頻電流將更集中于工件的表層。這兩種效應(yīng)是實(shí)現(xiàn)金屬高頻焊接的基礎(chǔ)。高頻焊接就是利用了集膚效應(yīng)使高頻電流的能量集中在工件的表面；而利用了鄰近效應(yīng)來(lái)控制高頻電流流動(dòng)路線的位置和范圍。電流的速度是很快的，它可以在很短的時(shí)間內(nèi)將相鄰的鋼板邊部加

4、熱，熔融，并通過(guò)擠壓實(shí)現(xiàn)對(duì)接。2高頻焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理了解了高頻焊接原理，還得要有必要的技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)它。高頻焊接設(shè)備就是用于實(shí)現(xiàn)高頻焊接的電氣—機(jī)械系統(tǒng)，高頻焊接設(shè)備是由高頻焊接機(jī)和焊管成型機(jī)組成的。其中高頻焊接機(jī)一般由高頻發(fā)生器和饋電裝置二個(gè)部分組成，它的作用是產(chǎn)生高頻電流并控制它；成型機(jī)由擠壓輥架組成，它的作用是將被高頻電流熔融的部分加以擠壓，排除鋼板表面的氧化層和雜質(zhì)，使鋼板完全熔合成一體。高頻發(fā)生器過(guò)去的焊管機(jī)組上使用高頻發(fā)生器是三回路的：高頻發(fā)電機(jī)組；固體變頻器；電子高頻振蕩器，后來(lái)基本上都改進(jìn)為單回路的了。調(diào)節(jié)高頻振蕩器輸出功率的方法有多種，如自耦變壓器，電抗法，

5、晶閘管法等。饋電裝置這是為了向管子傳送高頻電流用的，包括電極觸頭，感應(yīng)圈和阻抗器。接觸焊中一般采用耐磨的銅鎢合金的電極觸頭，感應(yīng)焊中采用的是紫銅制的感應(yīng)圈。阻抗器的主要元件是磁心，它的作用是增加管子表面的感抗，以減少無(wú)效電流，提高焊接速度。阻抗器的磁心采用鐵氧體，要求它的居里點(diǎn)溫度不低于310°，居里點(diǎn)溫度是磁心的重要指標(biāo)，居里點(diǎn)溫度越高，就能靠得離焊縫越近，靠得越近，焊接效率也越高。近年來(lái)，世界上一些大公司開(kāi)始采用了固態(tài)模塊式結(jié)構(gòu)，大大提高了焊接可靠性，保證了焊接質(zhì)量。如EFD公司設(shè)計(jì)的WELDACG2800高頻焊機(jī)由以下部分組成：整流及控制單元（CRU），逆變器，匹配及補(bǔ)償單元（

6、IMC），CRU與IMC間的直流電纜，IMC到線圈或接觸組件。機(jī)器的兩個(gè)主要部分是CRU及IMC。CRU包括一個(gè)帶有主隔絕開(kāi)關(guān)及一個(gè)全橋二極管整流器的整流部分（它把交流電轉(zhuǎn)換為直流電），一個(gè)帶有控制裝置及外部控制設(shè)備界面的控制器。IMC包括逆變器模塊，一個(gè)匹配變壓器以及一個(gè)用于為感應(yīng)線圈提供必需的無(wú)功功率的電容組。主供電電壓（3相480V），通過(guò)主隔絕開(kāi)關(guān)被送到主整流器中。在主整流器中，主電壓被轉(zhuǎn)換為640V的直流電并且通過(guò)母線與主直流線纜相連接。直流電通過(guò)由數(shù)個(gè)并聯(lián)電纜組成的直流電輸送線被送到IMC。DC線纜在IMC單元母線上終止。逆變部分的逆變器模塊通過(guò)高速直流保險(xiǎn)同DC母線以并

7、聯(lián)方式連接在一起。DC電容也與DC母線連接在一起。每個(gè)逆變器模塊構(gòu)成一個(gè)全橋IGBT三極管逆變器。三極管的驅(qū)動(dòng)電路則在逆變器模塊內(nèi)的一個(gè)印刷電路板上。直流電由逆變器變?yōu)楦哳l交流電。根據(jù)具體的負(fù)載，交流電的頻率范圍在100-150KH范圍之間。為根據(jù)負(fù)載對(duì)逆變器進(jìn)行調(diào)整，所有逆變器都以并聯(lián)方式同匹配變壓器連接。變壓器有數(shù)個(gè)并聯(lián)的主繞組，及一個(gè)副繞組。變壓器的匝數(shù)比是固定的。輸出電容由數(shù)個(gè)并聯(lián)電容模塊組成。電容器以串聯(lián)方式同感應(yīng)線圈相連接，因此輸出電路也是串聯(lián)