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高频不锈钢焊管焊接原理及特点

来源:至德钢业 日期:2018-08-13 18:46:24 人气:1690

    高频焊接方法是在五十年代初发明并应用于生产的.高频焊接时,焊接电流仅在工件上平行于接头的界面流动,而不像普通电阻焊那样,垂直于接头界面流动,高频电流穿透工件的深度,取决于电流频率、工件的电阻率及磁导率,频率增加时,电流穿透的深度减小,而且分布也更加集中.由于高频焊接时电流集中分布于工件表面很浅很窄的区域内,所以就能使用比普通电阻焊小得多的电流(能量耗损也小得多)使焊接区域达到焊接温度;从而极大地提高焊接速度和焊接效率.要成功地进行高频焊,还必须考虑其他一些因素,如金属材料种类和厚度等.高频焊与其他焊接方法相比具有一系列优点:

    (1)焊接速度高  由于电流能高度集中于焊接区,加热速度极快,而且在高速焊接时并不产生“跳焊现象,因而焊速可高达l50甚至200m/min

    (2)热影响区小  因焊速高,工件自冷作用强,故不仅热影响区小,而且还不易发生氧化,从而可获得具有良好组织与性能的焊缝。

    (3)焊前可不清除工件待焊处表面氧化膜及污物  对热轧母材表面的氧化膜、污物等,高频电流是能够导通的,因而省掉焊前清理工序也能焊接.

    (4)能焊的金属种类广,产品的形状规格多.不但能焊接碳钢、合金钢,而且还能焊通常难以焊接的不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金,以及镍、钛、锆等.

    根据高频电能导入焊件的方式不同,高频焊接可以分为高频接触焊和高频感应焊。20世纪初建造的ERW610不锈钢焊管机组均采用高频接触焊,如图2(a)所示,即利用两块接触片分别与管坯的两边缘接触,电流从一个接触片沿着y形回路流向另一个接触片.因高频电流产生的集肤效应现象和邻近效应原理使V形回路,即管坯V形缺口边缘瞬间被加热到焊接温度,加热使金属分子迅速扩散,金属产生再结晶,同时被焊成钢管。由于高频接触焊的电极是与管坯表面接触的,因此,管坯在前进中的跳动及表面的不平整极易使电极与管坯表面产生电火花,造成管坯表面的烧损或疤痕,这在油气专用管中是不允许的.此外,由于电极与管坯接触,电极磨损后的粉末极易带入焊缝,造成焊缝质量不合格.虽然高频接触焊接具有热效率高,电耗小的优点,但是由于接触焊接所引起的电火花烧痕、接触块的擦伤问题,高频不锈钢焊管生产一直在研发新技术、推广高频感应焊的应用。到1986年新日铁名古屋建设的ERII 406不锈钢焊管机组,率先在同类机组中使用了高频感应焊(功率为1 000kW),并用此焊接设备生产TUF油井管.90年代术科林斯厂在ERW610不锈钢焊管机组中首次采用了1800 kW高频感应焊技术,并在世界上取得了良好的声誉。于是在生产各类高端产品中高频接触焊和高频感应焊形成一种竞争.20世纪末,高频感应技术又取得了突破性的进展,大功率的高频感应加热装置开发成功,所以高频感应焊技术正在逐步占领高频接触焊的市场.因此,在21世纪初建造的ERW610不锈钢焊管机组中,大多选择了高频感应加热方式对管坯边缘加热。如图2(b)所示,高频感应焊是将感应线圈与管坯看成是变压器的一次线圈与二次线圈,当钢管从感应线圈中间通过,感应线圈接通高频电流时将产生高频磁场,并在钢管中产生涡流电流,密集的涡流电流经过管坯边缘V形回路,由于集肤效应现象使两边缘产生大量的热量而被加热到焊接温度,同时加压焊合成钢管.在感应焊中由于感应线圈同钢管无任何接触,从而避免了接触焊接所带来的种种弊端,提高了焊缝的质量及钢管的表面质量,但是也得承认高频感应焊的电耗要比接触焊大。

    通过比较高频接触不锈钢焊管与高频感应不锈钢焊管的焊接原理,我们不难看出ERW不锈钢焊管在市场应用方面、在技术创新方面、在节能高效方面潜在的发展优势,世界各主要产钢大国,都在调低无缝管比例增加不锈钢焊管的产量,重点发展ER/rUOE直缝不锈钢焊管,对于截面较小的输送管道(如支线和城市管网用管),国外一般首选ERW不锈钢焊管。所以在我国ERW不锈钢焊管更应该扬长避短,积极开发油井套管、海洋用厚壁管、方矩形管及结构用管,它是油气储运领域中的产品性能先进、质量领先、较为经济的钢管,由于高频直缝感应不锈钢焊管的技术性、安全性、经济性,它应成为油气储运领域的首选管材.高频不锈钢焊管(ERW)与埋弧不锈钢焊管相比具有以下诸多优点:

1) 生产效率高,成本低,其价格约为直缝埋弧不锈钢焊管(UOE)85%

2) 尺寸精度高,其圆度优于螺旋埋弧不锈钢焊管,在现场对口可节省大量工时;

3)表面光洁,外形美观,有利于内、外防腐层的涂敷.

    我们知道国际、国内市场对于大壁厚、大管径感应不锈钢焊管的需求不断增大,同时钢管市场对于较小管径大壁厚产品的需求也是越来越多.从上述的原理分析中我们已经知道大壁厚感应不锈钢焊管由于在制造技术上有一些特殊要求,决定了其制邋难度较大,焊接参数控制较复杂,

    厚壁感应不锈钢焊管需求的不断增加,在保证不锈钢焊管质量的前提下,提出各样的技术方案,总的目的就是为了节约能源和提高生产率.ERW不锈钢焊管主要能耗来自高频感应加热设备,选择先进技术设备可以大幅度降低电能消耗及节约用水。所以很多生产厂家都寄希望于提高生产线速度来提高生产率,在实际生产运行过程中,可能会出现一个很突出的问题:即使生产线具有更大的生产能力,焊机具有更大的功率,管道横截面中心附近温度偏低(相对不锈钢焊管两表面的一个冷中心)的焊接状况仍会限制最大的焊接速度。为了解决这个问题,或者说为了最大限度地削减这种状况,我们对于高频感应不锈钢焊管厚壁焊接中的技术问题进行了深入研究,研究结果可以为高频感应不锈钢焊管实际生产中最佳工艺参数的选择提供一定的指导和帮助。3、高频直缝不锈钢焊管感应焊接技术研究

    ERW高频不锈钢焊管的焊接是利用高频电流产生的集肤效应现象把热轧板卷边缘进行加热至熔融状态,再通过机械挤压方法进行焊接.通过感应焊接工艺生产的不锈钢焊管,焊缝中心会有一条白色的熔合线,在熔合线两侧的热影响区(即腰鼓形)会产生由中部向表面方向延伸的金属流线.在焊接过程中,管坯金属经历了冷态、热态、再冷态的热循环过程,因此母材的理化性能、晶粒度、非金属夹杂物、成型和焊接条件及热处理工艺等都会对焊缝的性能特别是冲击韧性等产生影响.在不锈钢焊管生产过程中,通过选用冲击韧性好的钢带来确保不锈钢焊管母材的性能,结合焊接过程技术参数的控制与调整,来确保ERW高频不锈钢焊管的焊接质量.在高频感应不锈钢焊管生产中出现的各种质量缺陷是由多种因素引起的,但焊缝质量问题主要是由于管壁厚、内外边缘的温差及挤压量与加热温度的不匹配造成的.国内外的主要不锈钢焊管生产厂家现在仍然是通过对焊接后的焊缝形态观察及金相组织分析来调整与控制焊接板边的开口角度、焊接温度、焊接速度及焊接挤压力等主要技术因素,合理调整焊接设备频率,来确保获得最佳不锈钢焊管产品质量和较高的生产效率。

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