焊管高频焊接原理
高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW生产的关
键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。作为焊管生产制造者，必须深刻了解高频焊接的基本原理；了解高频焊接设备的结构和工作原理；了解高频焊接质量控制的要点。
1高频焊接的基本原理所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHZ勺高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同
一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体
的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁
导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。
2 高频焊接设备的结构和工作原理了解了高频焊接原理，还得要有必要的技
术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气一机械系统，高频
焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流并控制它；成型机由挤压辊架组成，它的作用是将被高频电流熔融的部分加以挤压，排除钢板表面的氧化层和杂质，使钢板完全熔合成一体。高频发生器过去的焊管机组上使用高频发生器是三回路的：高频发电机组；固体变频器；电子高频振荡器，后来基本上都改进为单回路的了。调节高频振荡器输出功率的方法有多种，如自耦变压器，电抗法，晶闸管法等。馈电装置这是为了向管子传送高频电流用的，包括电极触头，感应圈和阻抗器。接触焊中一般采用耐磨的铜钨合金的电极触头，感应焊中
采用的是紫铜制的感应圈。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，以减少无效电流，提高焊接速度。阻抗器的磁心采用铁氧体，要求它的居里点温度不低于310°,居里点温度是磁心的重要指标，居里点温度越高，就能靠得离焊缝越近，靠得越近，焊接效率也越高。近年来，世界上一些大公司开始采用了固态模块式结构，大大提高了焊接可靠性，保证了焊接质量。如EFD 公司设计的WELDAC G2 80高频焊机由以下部分组成：整流及控制单元（CRU，逆变器，匹配及补偿单元（IMC）, CRU与IMC间的直流电缆，IMC到线圈或接触组件。机器的两个主要部分是CRU S IMCo CRU包括一个带有主隔绝开关及一个全桥二极管整流器的整流部分（它把交流电转换为直流电），一个带有控制装置
及外部控制设备界面的控制器。IMC包括逆变器模块，一个匹配变压器以及一个用于为感应线圈提供必需的无功功率的电容组。主供电电压（3相480V）,通过
主隔绝开关被送到主整流器中。在主整流器中，主电压被转换为640V的直流电
并且通过母线与主直流线缆相连接。直流电通过由数个并联电缆组成的直流电输送线被送到IMG DC线缆在IMC单元母线上终止。逆变部分的逆变器模块通过高速直流保险同DC母线以并联方式连接在一起。DC电容也与DC母线连接在一起。每个逆变器模块构成一个全桥IGBT三极管逆变器。三极管的驱动电路则在逆变器模块内的一个印刷电路板上。直流电由逆变器变为高频交流电。根据具体的负载，交流电的频率范围在100-150KH范围之间。为根据负载对逆变器进行调整，所有逆变器都以并联方式同匹配变压器连接。变压器有数个并联的主绕组，及一
个副绕组。变压器的匝数比是固定的。输出电容由数个并联电容模块组成。电容
器以串联方式同感应线圈相连接，因此输出电路也是串联补偿的。电容器的作用是根据感应线圈对无功功率的要求进行补偿，及通过此补偿来使输出电路的共振频率达到所要求的数值。频率控制系统被设计用来使三极管始终工作在系统的共振频率上。共振频率通过测量输出电流的频率确定。此频率随即被用来作为开通三极管的时基信号。三极管驱动卡向每个逆变器模块上的每个三极管发送信号来控制三极管何时开通，何时关断。感应加热系统的输出功率控制是通过控制逆变器的输出电流来控制的。上述控制是通过一个用来控制三极管驱动器的功率控制卡完成的。输出功率参考值由IMC操纵面板上的功率参考电位计给出，或者由外部控制面板输出给控制系统。此数值被传送给系统控制器后，将与由整流单元测量系统测量出的DC功率数值相比较。控制器包括一个限定功能，它可以根据参考功率值与DC功率测量值的比较结果计算出一个新的输出电流设定值。控制器计算出来的输出功率设定值被送到功率控制卡，此控制卡将根据新的设定值来限定输出电流。报警系统根据IMC中报警卡的输入信号及IMC, CRU中的各类监视设备发出的信号来工作。报警将显示在工作台上。控制及整流器单元（CRU逆
变器，匹配及补偿单元（IMC）直流线缆输出功率总线，线圈及接触头连接冷却系统安装在一个自支撑钢框架内，所有部件联结成为一个完整的单元。系统包括：带有电机的循环泵，热交换器（水/水），补偿容器，输出过程端（次输出）压力表，主进水口温度控制阀门，控制阀以及电气柜。主进水口端的热交换器使用未处理的支流水作为冷却用水，次端的热交换器则使用净化后的中性饮用水作为冷却水。未处理的水由恒温阀门控制，它用来测量次输出端的温度。钢框架可以用螺栓固定在门上。
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10mn 以上的厚钢板时，可采用50KHz~150KH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X机组速度玄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8~10mn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。焊接接头口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结法治坡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厶B。△ B=5.1A? /t+1.27d 式中A?——焊缝横截面积，mm ,t ——板厚，mm d――焊缝根部间隙，mm 找出△ B与A?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）。第六, 焊接速度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/每秒，世界上已有机组速度甚至于达到400 米/每秒，而咼频焊接特别是感应焊只能在60米/每秒以下，超过10mn!勺钢板成型,国内机组生产的成型速度实际上只能达到8~12米/每秒。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 mo t勺钢管焊接速度可达到40米/秒，4~6mm勺钢管焊接速度可达到25米/秒，6~8 mm的钢管焊接速度可达到12米/秒，10~16 mm的钢管焊
接速度在12米/秒以下。接触焊时速度可高些，感应焊时要低些。第七，阻
抗器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①10mrtK (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。第八，焊接压力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0.3卜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：
《1》焊接不牢，脱焊，冷叠；原因：输出功率和压力太小；
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
《2》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
《3》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
《4》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；
《5》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
《6》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
《7》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。
附：API标准关于管子焊接质量的规定（美国石油学会）API—5L/5CT
焊缝标准API-5CT标准规定：10.5 压扁试验10.5.4 第1组试验方法
----非整体热处理的管子试样应在平行板间压扁。在每组压扁试样中，一个试样应在90°位置压扁，另一个试样应在0°位置压扁。试样应压扁至相对管壁相接触为止。在板间距离不小于表 C.23或表E.23规定值时，试样任何部位不应产生裂纹或断裂。在整个压扁过程中，不应出现不良的组织结构、焊缝未熔合、分层、金属过烧或挤出金属等现象。10.5.5 第1和第2组试验方法----整体热处理的管子试样应在平行板间压扁，且焊缝处于弯曲程度最大处。由检验人员决定，还应使焊缝位于距弯曲程度最大处90°位置进行压扁试验。试样应压扁至
相对管壁相接触为止。在板间距离不小于表C.23或表E.23规定值时，试样任何部位不应产生裂纹或断裂。在整个压扁过程中，不应出现不良的组织结构、焊缝未熔合、分层、金属过烧或挤出金属等现象。API-5L标准规定：6.2.2 压扁试
验验收标准压扁试验验收标准如下：a）钢级高于A25级的电焊钢管以及规格
小于12-3/4的激光焊钢管。1)对于规定壁厚等于或大于 0.500in(12.7mm)，且 钢级为X60或更高钢级的钢管原始外径(OD)的三分之二的焊缝应不出现开裂。对 所有其他钢级和规定壁厚的钢管，压扁到钢管原始外径的1/2时，焊缝不应出现 开裂。2)对D/t 大于10的钢管继续压扁到钢管原始外径(OD)的三分之一，除焊 缝之外不应出现焊缝或断裂。3)对所有D/t 的钢管，继续压扁，直到钢管的管 壁贴合为止，在整个压扁试验过程中，不得出现分层或过烧金属的现象。 b)对 A25钢级的焊接钢管，压扁到钢管原始外径的四分之三焊缝应不出现开裂。继续 压扁到到钢管原始外径的60%除焊缝之外的金属应不出现焊缝或断裂。注
1： 对于所有压扁试验，规格小于 2-3/8的钢管，焊缝包括熔合线两侧各 1/4in (6.4mm 范围内的金属，规格不小于2-3/8的钢管焊缝包括熔合线两侧各1/2in (12.7mm 范围内的金属注2:对于经过热减径机的电焊钢管，在热减径前进行 压扁试验，压扁试验的原始外径由制造厂确定。
其他情况下，原始外径为规定外 径。表C.23 电焊管压扁试验板间距离钢级
D/t 最大板间距离mmH40 > 16V 16
0.5DD X (0.830-0.0206 D/t)J55 、K55 > 163.93~16 V 3.93 规定外径，mm t 管子规定壁厚，mm (a) 点位置，
压扁试验应继续进行，直到剩余试样在 位置上的
早期失效不应作为拒收依据。 (b) 0.85D 。表E.23 电焊管压扁试验板间距离钢级 D/t > 16V 16 0.5DD X (0.830-0.0206 D/t)J55 、K55 0.65DD X (0.980-0.0206
D/t)D X (1.104-0.0518 D/t)M65N80(a)L80C95(a)P110(b)Q125(b) 全部 90~2890~2890~28全部全部
D X (1.074-0.0194 D/t)D X (1.074-0.0194 D/t)D X (1.074-0.0194 D/t)D X (1.080-0.0178 D/t)D X (1.086-0.0163 D/t)D X (1.092-0.0140 D/t)D ——管子 规定外径，in o t -- 管子规定壁厚，in 。 (a )如果压扁试样失效于12或6点位 置，压扁试验应继续进行，直到剩余试样在 3或9点位置失效。12或6点位置 0.65DD X
(0.980-0.0206 D/t)D X (1.104-0.0518 D/t)M65N80(a )L 80C95(a)P110(b)Q125(b)
全部90~2890~2890~28全部全部 D X (1.074-0.0194 D/t)D X (1.074-0.0194 D/t)D X (1.074-0.0194 D/t)D X
(1.080-0.0178 D/t)D X (1.086-0.0163 D/t)D X (1.092-0.0140 D/t)D 管子
如果压扁试样失效于12或6 3或9点位置失效。12或6点 见A.5(SR11)。压扁应至少为
最大板间距离inH40
> 163.93~16 V 3.93
上的早期失效不应作为拒收依据。(b)见A.5(SR11)。压扁应至少为0.85D。
直流高频电阻焊基本原理介绍高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所；接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（E；质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等；所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，；电流；集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时；分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中；方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比；钢板的表面； 高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。 1高频焊接的基本原理 所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，
集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。 2 高频焊接设备的结构和工作原理 了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流并控制它；成型机由挤压辊架组成，它的作用是将被高频电流熔融的部分加以挤压，
高频焊管热处理工艺的研究 摘要研究了高频焊管连续退火的工艺,通过实验指出了退火温度及退火冷却速度对焊管性能的影响,并对生产过程中的一些问题进行了分析。 1前言 随着国民经济的发展,高频焊管的用途越来越广泛。与无缝管相比较,焊管生产具有以下优点:设备重量轻,建设投资少,成本低;而且生产的机械化和自动化程度高,可进行连续生产,因此高频焊管在钢管工业中占有重大的比例。 为了提高焊管的质量,改善其使用性能和工艺性能,在高频焊管生产的过程中,一般有相应的焊后热处理工序。对于一些重要用途的焊管,必须同时具有良好的强度和塑性;而且用途不同,其性能要求也不一致,所以热处理是焊管生产过程中一个重要的环节。为了给实际生产中制订工艺提供依据,详细地研究了热处理工艺对高频焊管性能的影响。 2试验方法 试验材料为宝钢生产的ST14冷轧带钢,化学成分如表1所示。0.7mm厚的带钢通过高频焊接制成8mm的钢管。 第一批热处理实验在生产用的连续退火炉中进行。连续退火炉的电机转速为 800r/min;调节电压参数使实验温度在所需的范围内,温度由红外线测温仪测出。第二批热处理实验在实验用的气体保护炉中进行,模拟生产使用连续退火。其具体热处理工艺如表2所示。
试验试样取长度为300mm的整段钢管,处理完后的试样在50kN液压万能试验机上进行抻拉试验,测出其机械性能。同时,在光学显微镜下对试样进行金相观察。 3结果与分析 3.1退火温度对性能的影响 该实验是在连续退火炉中进行的,实验结果如图1所示。可以看出:当退火温度较低时,试样的强度较高,但塑性较差。随着退火温度的升高,抗拉强度逐渐下降,延伸率不断提高,这主要是焊管中应力和硬化在退火过程中逐渐被消除的结果。但是退火温度超过800℃以后,不仅强度继续下降,而且延伸率也开始降低。.
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数摘要：焊接技术主要应用在金属母材热加工上，常用的有电弧焊，电阻焊，钎焊， 电子束焊，激光焊等多种，本文详细介绍了激光焊接的工作原理与工艺参数，还讨论了激光焊接技术在现代工业中的应用，并与其他焊接方法进行对比。研究表明激光焊接技术将逐步得到广泛应用。 关键词：焊接技术；激光焊接；工作原理；工艺参数。 1. 引言 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，
高频焊管焊接缺陷及其分析 焊接缺陷及其分析 高频直缝焊接钢管的焊接质量缺陷有裂缝、搭焊、漏水、划伤等等。下面仅对裂缝、搭焊这两个主要缺陷进行分析： 一、裂缝 裂缝是焊管的主要缺陷，其表现形式可以由通常的裂缝，局部的周期性裂缝，不规则出现的断续裂缝。也有的钢管焊后表面未见裂缝，但经压扁、矫直或水压试验后出现裂缝。裂缝严重时便漏水。产生裂缝的原因很多。消除裂缝是焊接调整操作中最困难的问题之一。 下面分别从原料方面、成型焊接孔型方面和工艺参数选择方面进行分析。 1. 原料方面 （1）钢种，即钢的化学成分对焊接性能有明显的影响，钢中所含的化学元素都或多或少、或好或坏地影响着焊接性能。高频焊由于焊接温度高，挤压力大等原因，比低频焊允许的化学范围要广些，可以焊接碳素钢、低合金钢等。碳素钢主要含有碳、硅、锰、磷、硫五种元素。低合金钢还可以含有锰、钛、钒、铝、镍等各种元素。 下面分述各种元素对焊接性能的影响。 1）碳碳含量增加，是焊接性能降低，硬度升高，容易脆裂。低碳钢容易焊接。2）硅硅降低钢的焊接性，主要是容易生成低镕点的SiO2夹杂物；增加了熔渣和溶化金属的流动性，引起严重的喷溅现象，从而影响质量。 3）锰锰使钢的强度、硬度增加，焊接性能降低，容易造成脆裂。 4）磷磷对钢的焊接性不利。磷是造成蓝脆的主要原因。 5）铜含量小于%时，不影响钢的焊接性。含量再高时，使钢的流动性增加，不利于焊接。 6) 镍镍对钢的焊接性没有显著的不利影响。7)铬铬使钢的焊接性能降低,高熔点氧化物很难从焊缝中排除。 8) 钛钛能细化晶粒，钛增加钢的焊接性能，钛能使钢的流动性变差，粘度大。9）硫硫导致焊缝的热裂。在焊接过程中硫易于氧化，生成气体逸出，以致在焊缝中产生很多气孔和疏松。硫不利于焊接并且降低钢的机械性能，通常钢中硫被限制在规定的微量以下。 10)钒钒能显著改善普通低合金钢的焊接性能。钒能细化晶粒、防止热影响区的晶粒长大和粗化，并能固定钢中一部分碳，降低钢的淬透性。 11）铝铝对钢的焊接性能的影响使钢中铝含量的不同而不同，一般说来，脱氧后残留在钢中的铝，对焊接性能影响不大，如果作为合金元素加的量较大时，则和硅的作用相似，降低钢的焊接性能。 12）氧氧在钢中是作为有害元素来看待的，较高的含氧量在焊接时形成较多的FeO 残留在焊缝处，从而降低了焊接性能。 13）氢氢是造成发裂的原因。 14）铌钢中加入～%的铌，能提高屈服强度和冲击韧性，改善焊接性能。 15）镐锆能改善焊接金属的致密性。 16）铅铅对钢的焊接性能没有显著影响。 某个钢中里面所行各种元素对该钢中综合的焊接性能的影响，以碳当量来衡量。碳当量上限为～%。超过该上限，则焊缝易脆裂，硬度上升，焊接质量不好，飞锯切断和切断困难。
￠89机组生产操作规程（高频部分） 一、设备组成 300KW固态高频焊机主要由五部分组成:（1）、整流变压器；（2）、整流电源柜（水冷可控硅（SCR）、整流触发板、滤波器等）；（3）、逆变输出柜（由功率模板、触发板、电容器组、电惑输出极板等）；（4）、水-水交换冷却器（由不锈钢水泵、不锈钢水箱、不锈钢板式热交涣器、不锈钢分水器、水流继电器、电控箱等）；（5）、中心控制台。
二、工作原理 1、固态高频焊机工作原理 如上图所示，三相380V电压经整流变压器降至200V，然后经三相全控桥（水冷SCR）整流成脉动直流，再经两路LC滤波，滤除6脉波整流的特征谐波，使直流电流变为平稳直流。（虚线后为逆变输出柜部分），经C1、C2、L2、L3滤除高频成份后，四个逆变桥臂交替工作，将直流电逆变为高频电流。经槽路混合选频网络选出基频送至负载感应器。L4、L5、L6为负载匹配网络，可通过逆变柜上的主令开关（SA1、SA2）调整与负载（钢管、磁棒）的匹配，使高频电源始终工作在最佳输出状态。 2、高频感应焊管工作原理 如下图所示，感应圈可看成是一个变压器的初级线圈；管坯则可看成是变压器的次级线圈；管坯呢，既是铁芯，又是次级线圈。当逆变柜输出的高频电流通过感应圈时，根据法拉利电磁感应定律，在管坯中就会感应出高频电流（涡流）；由于高频电流的趋肤效应和邻近效应等特点，使得感应电流大部分沿管坯V形开口和外表面形成有用
回路而加热管坯边缘，这部分电流称为焊接电流；少部分感应电流沿管坯内表面形成无用的循环电流，它使管坯周边加热而造成热损失。为了增大磁场，加强电磁感应效应，从而增强感应电流和减少无用的分流损耗，需要在管坯中合理放置磁棒阻抗器。 三、开机程序（停机程序反序） （一）、配合电气原理图理解的开机程序 1、确认机械及工艺设备工作准备就绪，带钢已按工艺要求引到位，中心控制台上的拖动调速电位器和高频调功电位器已归零位等。 2、合上电源整流柜空开QM1（电源指示灯HL1亮），合上空开QM2，电源接通。 3、合上中心控制台内空开QF5，工作电源接通。 4、按下中心控制台上“水冷控制”按钮，开启高频内循环冷却水，检查逆变柜里有无漏点，水压是否正常（0.2～0.3MPa)。 5、打开高频“水-水冷却”机的外循环冷却水，检查感应圈、磁棒情况。
直缝高频焊接钢管的生产工艺流程 直缝烧焊钢管是经过高频烧焊机组将一定的规格的长条形钢带卷成圆管状并将直缝烧焊而成钢管。钢管的式样可以是圆形的，也可以是方形或异形的，它决定于于焊后的定径轧制。烧焊钢管的材料主要是：低碳钢及σs≤300N/mm2、σs≤500N/mm2的低硼钢或其它钢材。直缝钢管高频烧焊的出产工艺流程如下所述： 流程图 高频烧焊 高频烧焊是依据电磁感应原理和交流电荷在导体中的趋肤效应、邻近效应和涡电流热效应，使焊缝边缘的钢材部分加热到熔化状况，经虎符的挤压，使对接焊缝成功实现晶间结合，因此达到焊缝烧焊之目标。高频焊是一种感应焊（或压力电阻焊），它无须焊缝补充料，无烧焊飞溅，烧焊热影响区窄，烧焊成型好看，烧焊机械性能令人满意等长处，因为这个在钢管的出产中遭受广泛的应用。 钢管的高频烧焊正是利用交流电的趋肤效应和邻近效应，钢材（带钢）经滚压成型后，形成一个剖面断裂的圆形管坯，在管坯内接近感应线圈核心近旁旋转一个或一组阻抗器（磁棒），阻抗器与管坯张嘴处形成一个电磁感应回路，在趋肤效应和邻近效应的效用下，管坯张嘴处边缘萌生坚强雄厚而集中的热效应，使焊缝边缘迅疾加热到烧焊所需温度经压辊挤压后，熔化状况的金属成功实现晶间结合，冷却后形成一条坚固的对接焊缝。 高频焊管机组 直缝钢管的高频烧焊过程是在高频焊管机组中完成的。高频焊管机组一般由滚压成型、高频烧焊、挤压、冷却、定径、飞锯截断等器件组成，机组的前端配有储料活套，机组的后端配有钢管翻滚转动机架；电气局部主要有高频发生器、直流励磁发电机和仪表半自动扼制装置等组成。现以φ165mm高频焊管机组为例，其主要技术参变量如下所述： 直缝钢管 3.1 焊管成品 圆管外径：φ111~165mm 方管：50×50~125×125mm 长方形管：90×50~160×60~180×80mm 成品管壁厚：2~6mm 3.2 成型速度： 20~70米/分钟 3.3 高频感应器： 热功率： 600KW 输出频率： 200~250KHz 电源：三相380V 50Hz 冷却：水冷 激发鼓励电压： 750~1500V
绪论 一、焊接过程的物理本质 1.焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。 物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性）2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。 为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施： 1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2)对被焊材料加热(局部或整体) 对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 二、焊接热源的种类及其特征 1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。 2）化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。3）电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。 4）高频感应热：对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。如高频焊管等。 5）摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。 6）等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。 7）电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。 8）激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。 三、熔焊加热特点及焊接接头的形成 （一）焊件上加热区的能量分布 热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区； 1)活性斑点区活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能； 2)加热斑点区在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。在该区内热量的分布是不均匀的，中心高，边缘低，如同立体高斯锥体. （二）焊接接头的形成： 熔焊时焊接接头的形成，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头。 （l）焊接热过程：熔焊时被焊金属在热源作用下发生局部受热和熔化，使整个焊接过程自始至终都是在焊接热过程中发生和发展的。它与冶金反应、凝固结晶和固态相变、焊接温度场和应力变形等均有密切的关系。
焊接原理 一、锡焊、是将表面清洁的焊件与焊料加热到一定温度，焊料熔化并湿润焊件表面，在其界面上发 生金属扩散并形成结合层，从而实现金属的焊接；焊件表面的清洁，焊件的加热是达到其扩散的基本条件。 二、焊接的工具与材料 工具： 1、电烙铁（常用的是直热式） 2、调温及恒温烙铁（不受电源电压、环境温度的影响；升温时间快；烙铁不会过热） 3、吸锡器 工具的选用：烙铁头的温度的高低，可以用热电偶或表面温度计测量，一般可根据助焊剂发烟状态粗略估计，温度低，冒烟小。 焊件及工作性质烙铁头温度（室温220V）选用烙铁 一般印刷电路，安装导线20W内热式，30W外热式， 恒温式 集成电路250℃---400℃20W 内热式，恒温式 焊片，电位器，2-8W电阻，大电解功率管350℃---450℃ 35-50W内热式，调温式 50-75W外热式 8W以上大电阻，φ2以上导线等较大的元器件400℃---550℃ 100W内热式，150-200W外 热式 金属板550℃---630℃300W以上外热式观察法估计烙铁温度 观 察 时 间 烟细长，持续时 间长，>20S 烟稍大，持续时 间10-15S 烟大，持续时间 短，约7-8S 烟很大，持续时 间短，3-5S 估计温度小于200℃230-250℃300-350℃大于350 焊接达不锡焊温度PCB及小型焊点导线焊接、预热 等较大焊点 粗导线、板材及 大焊点 注意：烙铁通电后一定要立刻蘸上松香，否则表面会生成难镀锡的氧化层。
三、焊料 1、一般电子产品装配中主要使用锡铅焊料。成分一般是含锡量为60%-65%锡铅合金。 2、焊剂一般是优质松香添加一定活化剂。 四、手工锡焊基本操作 1、焊接操作姿势 一般烙铁离开鼻子的距离应不小于30CM，通常以40CM时为宜，因为烟气对人体有害。 电烙铁拿法有三种：A，反握法，适于大功率烙铁的操作；B，正握法，适于中等功率的烙铁或带弯头的电烙铁的操作；C，握笔法，焊件时多采用的一种方法。 使用烙铁一定要稳妥放在烙铁架上，并注意导线等物不要碰烙铁头。 2、焊接五步 A、准备施焊：准备好锡丝和烙铁，特别强调烙铁头要保持干净，即可以沾上烛焊锡；（俗 称吃锡） B、加热焊件：将烙铁接触焊点，注意先要保持烙铁加热焊件各部分，例如PCB板上引脚 和焊盘都使之受热，其次要注意让烙铁头的扁平部分（较大部分）接触较大的焊件， 烙铁头的侧面或边缘部分接触较小的焊件，以保持焊件均匀受热； C、熔化焊料：当焊件加热到能熔化焊料的温度后将锡丝置于焊点，焊料开始熔化并湿润 焊点； D、移开焊锡：当熔化一定量的焊锡后交将锡线移开； E、移开烙铁：当焊锡完全湿润焊点后移开烙铁，注意移开烙铁的方向应该是大约45度的 方向； 这一过程，对一般焊点大约2-3秒。 3、手工焊锡要点： A、掌握好加热时间：锡焊时可以采用不同的加热速度，在大多数情况下延长加热时间对 电子产品装配都是有害的，一般为2-3秒；这是因为： 1）焊点的结合层由于长时间加热会超过合适的厚度引起焊点性能劣化； 2）塑料等材料受热过多会变形、老化； 3）元器件受热后性能变化甚至失效； 4）焊点表面由于助焊剂挥发，失去保护而氧化。 B、保持合适的温度：一般经验是烙铁头温度比焊料熔化温度高50℃较为适宜。 C、用烙铁头对焊点施力是有害的：烙铁头把热量传给焊点主要靠增加接触面积，用烙铁 头对焊点加力对加热是无用的，很多情况下会造成焊件的损伤。 4、锡焊操作要领 A、焊件表面处理 手工烙铁焊接中遇到的焊件都要进行表面的清理工作，去除焊接面上的锈迹，油污，
高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。 1高频焊接的基本原理 所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？ 集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应 会减小。 邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。 这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。 2 高频焊接设备的结构和工作原理 了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流
摘要：针对高频焊管焊接挤压辊的孔型特点，介绍了生产不同规格焊管时焊接挤压辊的调整方法。结合高频焊管的成型工艺特点，提出了通过观察断面焊接区的金属流线方法，判定带钢边部端面焊接过程中合缝状态，并给出了不同合缝状态下调整挤压辊的具体办法。 在高频焊管生产中，管坯的成型合缝状态直接影响焊缝的质量，其中焊接接头对接面的平行度尤为重要。在钢管合缝焊接过程中，主要通过调整挤压辊上辊的压下量与两上辊之间的间隙来保证合缝的平行程度。 1 焊接挤压辊的孔型特点焊接挤压机架的上挤压辊的孔型半径比其他挤压辊大10%左右，因此，上挤压辊的外侧辊面与钢管理想圆形断面之间产生了间隙，该间隙俗称为“后跟隙”。 在实际的成型中，钢管断面不可能是理想的圆形。一般情况下，由于带钢边部的变形不充分，断面容易呈桃形，如果不进行调整则会形成焊接对接面不平行对接，严重影响焊缝质量。 如果上挤压辊与其他挤压辊采用同样的孔型半径，当通过调整上挤压辊的压下量来消除V形合缝时，上挤压辊的外侧辊面将强力压在钢管表面上，容易造成管面伤痕，并形成更严重的V形合缝。 因此“后跟隙”的设定，就是根据管坯成型的实际特点，通过上挤压辊的压下量调整来有效地消除V形合缝现象。“后跟隙”位置及形状如图1所示。 2 上挤压辊的调整方法按 照标准孔型设定挤压辊位置时，如果发现成型合缝呈V形，可以在“后跟隙”的范围内，对上挤压辊的压下量进行调整，调整方法如图2所示。
上挤压辊的压下量的极限，是上挤压辊外侧辊面在钢管表面造成较浅的压痕。按照经验，当达到这个压下限度时，即使是强度较高的管材，通常也能够形成平行（I形）的成型合缝。 在应用上述经验时，必须严格按照设计值来设定两个上挤压辊之间的间隙。这个间隙的变化将直接引起“后跟隙”的变化。如果每次换辊时不对该间隙按设计值进行严格的设定，那么孔型的调整就很难实现再现性。 出于同样的理由，在进行上辊的不对称调整消除错边时，务必只对操作台侧的上辊进行调整，而让另一侧的上辊始终固定作为基准。如果随意调整两侧上辊，则有可能会使上辊间隙逐渐远离设定值。 3 特殊情况下的调整技巧 3.1 厚壁高强度管材的孔型调整 钢管的壁厚越大，材料强度越高，焊接时出现的V形合缝越不容易消除。如果上辊外侧辊面已经造成了明显的压痕但仍无法实现I形合缝时，说明调整己经达到了极限，继续下压上辊不仅会造成严重的压痕，而且会形成更严重的V形对接合缝。 上述现象表明需要更大的“后跟隙”来容许更大的压下调整量。为此，可以采用扩大两上辊之间的间隙来达到这一目的。 需要说明的是，理想的上辊间隙值是随钢管壁厚和强度的不同而不同的。例如，壁厚较薄的情况一般需要设定较小的上辊间隙，以提高焊接的稳定性。如壁厚较厚，则即便上辊间隙适当扩大，也不会影响焊接的稳定性。因此，在厚壁或高强度钢管成型时为了获取更大的“后跟隙”而扩大上辊间隙的做法，只要扩大适当就不会影响焊接的稳定性。
焊接机理完整版 焊接机理完整版 润湿：在焊接过程中，我们把熔融的焊料在被焊金属表面上形成均匀、平滑、连续并且付着牢固的合金的过程，称之为焊料在母材表面的润湿。 润湿力：在焊接过程中，将由于清洁的熔融焊料与被焊金属之间接触而导致润湿的原子之间相互吸引的力成为润湿力。 焊料的润湿与润湿力 在自然界中有很多这方面的例子，举例来说，在清洁的玻璃板上滴一滴水，水滴可在玻璃板上完全铺开，这时可以说水对玻璃板完全润湿；如果滴的是一滴油，则油滴会形成一球块，发生有限铺开，此时可以说油滴在玻璃板上能润湿；若滴一滴水银，则水银将形成一个球体在玻璃板上滚动，这时说明水银对玻璃不润湿。焊料对母材的润湿与铺展也是一样的道理，当焊料不加助焊剂在焊盘上熔化时，焊料呈球状在焊盘上滚动，也就是焊料的内聚力大于焊料对焊盘的附着力，此时焊料不润湿焊盘；当加助焊剂时，焊料将在焊盘上铺开，也就是说此时焊料的内聚力小于焊料对焊盘的附着力，所以焊料才得以在焊盘上润湿和铺展。 熔化的焊料要润湿固体金属表面所具备的条件有两条： 1、液态焊料与母材之间应能互相溶解，即两种原子之间有良好的亲和力。 2、焊料和母材表面必须“清洁”。 这是指焊料与母材两者表面没有氧化层，更不会有污染。母材金属表面氧化物的存在会严重影响液态焊料对基体金属表面的润湿性，这是因为氧化膜的熔点一般都比较高，在焊接温度下为固态，会阻碍液态焊料与基体金属表面的直接接触，使液态焊料凝聚成球状，即形成不润湿状态。 表面张力:表面张力是化学中一个基本概念,表面化学是研究不同相共同存在的系统体系,在这个体系中不同相总是存在着界面,由于相界面分子与体相内分子之间作用力有着不同,故导致相界面总是趋于最小化.(能量守恒定率)
高频焊接技术简介 高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。 作为焊管生产制造者，必须深刻了解高频焊接的基本原理；了解高频焊接设备的结构和工作原理；了解高频焊接质量控制的要点。 1 高频焊接的基本原理 所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz～400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行金属管的焊接。那么，这两个效应是怎么回事呢？ 集肤效应：是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。 邻近效应：是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。 邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。 这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。 2 高频焊接设备的结构和工作原理 了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流并控制它；成型机由挤压辊架组成，它的作用是将被高频电流熔融的部分加以挤压，排除钢板表面的氧化层和杂质，使钢板完全熔合成一体。
1.在高频焊管生产过程中,如何确保产品质量符合技术标准的要求和顾客的需要,则要对钢管生产过程中影响产品质量的因素进行分析。通过对本公司Φ76mm高频焊接钢管机组某月份不合格品的统计,认为在生产过程中影响钢管产品质量的要素有原材料、焊接工艺、轧辊调节、轧辊材质、设备故障、生产环境及其它原因等七个方面。其中原材料占32 .44% ,焊接工艺占24 .85 % ,轧辊调节占22 .72 % ,三者相加占80 .01 % ,是主要环节。而轧辊材质、设备故障、生产环境及其它原因等四个方面的要素,对钢管产品质量的影响占19.99% ,属相对次要环节。因此,在钢管生产过程中,应对原材料、焊接工艺和轧辊调节三个环节进行重点控制。 2 原材料对钢管焊接质量的影响影响原材料质量的因素主要有钢带力学性能不稳定、钢带的表面缺陷及几何尺寸偏差大等三个方面,因此,应从这三个方面进行重点控制。 1）钢带的力学性能对钢管质量的影响焊接钢管常用的钢种为碳素结构钢,主要的牌号有Q195、Q215、Q235 SPCC SS400 SPHC等多种。钢带屈服点和抗拉强度过高,将造成钢带的成型困难,特别是管壁较厚时,材料的回弹力大,钢管在焊接时存在较大的变形应力,焊缝容易产生裂缝。当钢带的抗拉强度超过635 MPa、伸长率低于10 %时,钢带在焊接过程中焊缝易产生崩裂。当抗拉强度低于30 0MPa 时,钢带在成型过程中由于材质偏软,表面容易起皱纹。可见,材料的力学性能对钢管的质量影响很大,应从材料强度方面对钢管质量进行有效地控制。）钢带表面缺陷对钢管质量的影响钢带表面缺陷常
见的有镰刀弯、波浪形、纵剪啃边等几种,镰刀弯和波浪形一般出现在冷轧钢带轧制过程中,是由压下量控制不当造成的。在钢管成型过程中,镰刀弯和波浪形会引起带钢的跑偏或翻转,容易使钢管焊缝产生搭焊,影响钢管的质量。钢带的啃边(即钢带边缘呈现锯齿状凹凸不平的现象) ,一般出现在纵剪带上,产生原因是纵剪机圆盘刀刃磨钝或不锋利造成的。由于钢带的啃边,时时出现局部缺肉,使钢带在焊接时易产生裂纹、裂缝而影响焊缝质量的稳定性。 3）钢带几何尺寸对钢管质量的影响当钢带的宽度小于允许偏差时,焊接钢管时的挤压力减小,使得钢管焊缝处焊接不牢固,出现裂缝或是开口管;当钢带的宽度大于允许偏差时,焊接钢管时的挤压力增加,在钢管焊缝处出现尖嘴、搭焊或毛刺等焊接缺陷。所以,钢带宽度的波动,不但影响了钢管外径的精度,而且严重影响了钢管的表面质量。对要求同一断面壁厚差不超过规定值的钢管,即要求壁厚均匀程度高的钢管,钢带厚度的波动,会将同一卷钢带厚度差超出的允许值转移到成品钢管的壁厚差,使大批钢管厚度超出允许偏差而判废。厚度的波动不仅影响成品钢管的厚度精度,同时,由于钢带的厚薄不一,使钢管在焊接时,挤压力和焊接温度不稳定,造成了钢管焊接时焊缝质量不稳定。此外,由于钢材内部存在着夹层、杂质、沙眼等材料缺陷,也是影响钢管质量的一个重要因素。因此,在钢带焊接前,要检查每卷钢带的表面质量和几何尺寸,对钢带质量不符合标准要求的,不要进行生产,以免造成不必要的损失。 3 高频焊接对钢管质量的影响在钢管高频焊接过程中,焊接工艺及工艺参数的控制、
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
一、激光基本原理 1、 LASER 是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅的英语开头字母 2、激光产生的原理 激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射光。 为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。 3、激光的主要特长 a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率 b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。 c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。 d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、 YAG 激光焊接
激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。 l 、激光焊接加工方法的特征 A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。 B 、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。 C 、短时间焊接,既对外界无热影响,又对材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合加工高熔点、高硬度、 特种材料。 D 、不需要填充金属、不需要真空环境 (可在空气中直接进行、不会像电子束那样在空气中产生 X 射线的危险。 E 、与接触焊工艺相比 . 无电极、工具等的磨损消耗。 F 、无加工噪音,对环境无污染。 G 、微小工件也可加工。此外,还可通过透明材料的壁进行焊接。 H 、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。 I 、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。 J 、很容易搭载到自动机、机器人装置上。
高频焊管焊缝质量事故分析 我们在日常生产中,经常会出现焊缝质量事故,我们对焊缝质量事故做了以下几个方面的分析,仅供大家参考。 1．通长搭焊搭焊是指管坯的两个边部叠落在一起后所形成的错位粘接。在长度上,搭焊有长短之分，一般在数米之上,甚至更长。在错位方面有零点几毫米的轻微错位,又等于壁厚的完全错位。 造成通长搭焊主要有以下几方面因素：(1)挤压辊轴向串动由于挤压辊和挤压辊轴的定位不稳定，以及在组装中，其它零部位配合不紧密所形成的旷量等因素，都会使挤压辊出现轴向窜动和径向摆动,这时挤压辊的孔型就会不吻合而造成搭焊。 (２）轴承损坏轴承损坏后，就会破坏挤压辊的正常位置。以两辊式挤压辊装置为例，一般在挤压辊内装有上下两套轴承，当其中一套损坏后，挤压辊失去控制，焊缝就会高出而造成搭焊。在生产运动中,我们可以观察挤压辊的摆动。上端轴承损坏时，辊子的摆动幅度大一些，下端的轴承损坏时,辊子的摆动幅度就小一些，这轴承损坏程度也有一定的关系。导向辊的轴承损坏后,不但不能很好地控制管坯的焊缝方向，而且导环也可能会对管坯边缘造成压损,使焊缝高度发生变化，稍不合适便会发生搭焊事故。 (3)挤压辊轴弯曲仍以两辊式挤压辊装置为例,挤压辊轴弯曲有两种原因：一是长期上顶丝压力不足的外弯曲;二是上顶丝压力过大时内弯曲。检查时,释放顶紧装置，可将钢板尺的立面放置在辊子的端面上，以检查另一个辊子的端面与钢板尺的倾斜角。当轴内弯曲时,划伤则由不弯轴的辊子所造成。
(4)挤压力大这种情况的搭焊管,一般发生在薄壁管生产中。因为薄壁管生产中,管坯的钢度较差，一旦挤压力过大时，管坯宽度在孔型内产生了太大的余量后不能被接纳，而向其它空间运动造成搭焊。所以孔型设计师，要根据不同的管子壁厚选择适当的孔型半径和辊缝留量，并注意适度调整挤压量。当然只要我们严把辊子的质量关,这种搭焊现象是可以克服的。 ２. 周期搭焊搭焊为间断性的出现,时有时无,搭焊长度也长短不等。有时搭焊为比较有规律的等距离出现,有时搭焊位比较有规律的出现。对于这些搭焊现象,我们统称为周期性搭焊。周期性搭焊一般发生在生产的中后期阶段，主要由以下原因造成: (1)导环破裂当封闭孔型磨损之后，就不能有效控制管坯正常运行,使管坯在孔型内来回摆动，而导环破裂出现豁口后，管坯在运行过程中,边缘就会被导环的豁口压陷下去,从而形成搭焊管的产生。这种搭焊管搭焊周期长度相同,规律性强，比较容易判断。一般随着破裂后的导环旋转,便可发现被压陷的痕迹。 （2）孔型磨损主要是指封闭孔型的上辊底径部位出现台阶状，以及开口孔型的立辊孔型上边部出现台阶状。当管坯在孔型内发生摆动时滑向孔型凸台部位后,便会使管坯边缘产生压陷痕迹而形成搭焊。瞬间的滑入又滑出，搭焊就小一些,反之搭焊就长一些。消除这种搭焊管的最好方法，就是在正常生产中注意合理进行调整,使孔型磨损均匀,避免出现台阶状,一旦发现孔型弧面出现不规则的形状后,及时更换,以彻底杜绝搭焊的产生。 (3）孔型弧面异物有时在孔型的弧面上,因某种原因而粘连上其他金属异物时,就会使管坯表面出现压陷性的伤痕，当这种异物粘连位置正处于管坯边部运行轨迹时，就会造成短小的等距离的周期性搭焊。一般情况下,这种