高頻直縫焊接矩形管

直縫焊接鋼管是通過高頻焊接機組將一定的規格的長條形鋼帶捲成圓管狀並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，它取決於焊後的定徑軋制。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。

基本介紹

• 中文名：高頻直縫焊接矩形管
• 生產工藝流程：高頻焊接機組
• 形狀：圓形的，方形或異形
• 原理：電磁感應
• 類型：工業設備

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，經滾輪的擠壓，使對接焊縫實現晶間接合，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，焊接熱影響區窄，焊接成型美觀，焊接機械性能良好等優點，因此在鋼管的生產中受到廣泛的套用。

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）經滾壓成型後，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迴路，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後，熔融狀態的金屬實現晶間接合，冷卻後形成一條牢固的對接焊縫。

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，機組的後端配有鋼管翻轉機架；電氣部分主要有高頻發生器、直流勵磁發電機和儀表自動控制裝置等組成。現以φ165mm高頻焊管機組為例，其主要技術參數如下：

直縫鋼管

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

高頻激勵電路

高頻激勵電路（又稱高頻振盪電路），是由安裝在高頻發生器內的大型電子管和振盪槽路組成，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，形成自激振盪迴路。激勵頻率的大小取決於振盪槽路的電氣參數（電壓、電流、電容和電感）。

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，帶鋼逐漸捲起，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，並使焊口兩端齊平。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、滾壓後形成深坑，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-激勵迴路中的電容(F)，電容=電量/電壓；L-激勵迴路中的電感，電感=磁通量/電流

上式可知，激勵頻率與激勵迴路中的電容、電感平方根成反比、或者與電壓、電流的平方根成正比，只要改變迴路中的電容、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。對於低碳鋼，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焊接速度來實現。

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，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後，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，形成共同晶體的數量就小，焊縫金屬強度下降，受力後會產生開裂；如果擠壓力過大，將會使熔融狀態的金屬被擠出焊縫，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

高頻感應圈應儘量接近擠壓輥位置。若感應圈距擠壓輥較遠時，有效加熱時間較長，熱影響區較寬，焊縫強度下降；反之，焊縫邊緣加熱不足，擠壓後成型不良。

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於鋼管內徑截面積的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迴路，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，由於管坯快速運動，阻抗器受管坯內壁的磨擦而損耗較大，需要經常更換。

5.6 焊縫經焊接和擠壓後會產生焊疤，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

現以焊制φ32×2mm 直縫焊管為例，簡述其工藝參數：

帶鋼規格：2×98mm 頻寬按中徑展開加少量成型餘量

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

參數調節：根據焊接線能量的變化及時調節輸出電壓和焊接速度。參數固定後一般不用調整。

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，不允許有摺疊、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，並要達到標準規定的要求。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。

探傷後的焊管用飛鋸按規定長度切斷，經翻轉架下線。鋼管兩端應平頭倒角，列印標記，成品管用六角形綑紮包裝後出廠。

直縫鋼管的主要加工方法有：

鍛造鋼材：利用鍛錘的往復衝擊力或壓力機的壓力使坯料改變成我們所需的形狀和尺寸的一種壓力加工方法。

擠壓：是鋼材將金屬放在密閉的擠壓簡內，一端施加壓力，使金屬從規定的模孔中擠出而得到有同形狀和尺寸的成品的加工方法，多用於生產有色金屬材鋼材。

軋制：將鋼材金屬坯料通過一對旋轉軋輥的間隙(各種形狀)，因受軋輥的壓縮使材料截面減小，長度增加的壓力加工方法。

拉撥鋼材：是將已經軋制的金屬坯料(型、管、製品等)通過模孔拉撥成截面減小長度增加的加工方法大多用作冷加工。