3高频焊接质量控制的要点
影响高频焊接质量的因素很多,而且这些因素在同一个系统内互相作用,一个因素变了,其它的因素也会随着它的改变而改变 。所以,在高频调节时,光是注意到频率,电流或者挤压量等局部的调节是不够的,这种调整必须根据整个成型系统的具体条件,从与高频焊接有关联的所有方面来调整 。
影响高频焊接的主要因素有以下八个方面:
第一,频率
高频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 350KHz~450KHz的频率;焊接合金钢材料,焊接10mm以上的厚钢板时,可采用50KHz~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 。国外高频设备生产厂家现在已经大多采用了固态高频的新技术,它在设定了一个频率范围后,会在焊接时根据材料厚度,机组速度等情况自动跟踪调节频率 。
第二,会合角
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 。
第三,焊接方式
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 。
第四,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,不同成型方式,不同的机组设备,不同的材料钢级,都需要我们从生产第一线去总结,编制适合自己机组设备的高频工艺 。
第五,管坯坡口
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 。
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