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高频焊接技术的原理及特点

来源:至德钢业 日期:2020-05-15 18:04:25 人气:33

高频电流在导体中流动时具有集肤效应和邻近效应,利用电流的这两种特殊效应,在焊管表面产生电阻加热,并对待焊接表面施加挤压力,将两部分金属材料通过熔化后重新凝固连接在一起,这样的焊接工艺方法称为高频焊接(HFWHigh Frequency Welding)。经过国内外研究人员探索分析,高频焊接所需电流的频率范围约为300-450kHz

高频电流在导体中流动的时候一般会集中在导体表面,即导体表面的电流密度较大,这样的物理现象称为集肤效应。该图表示了不同频率的高频电流所呈现出来的集肤效应现象。

高频电流的穿透深度D与高频电流频率f成反比,即电流频率越大,集肤效应程度越强;高频电流的穿透深度还与材料的电阻率和磁导率有关。温度会影响金属材料的电阻率和磁导率,所以高频电流的穿透深度也和温度有关。金属材料的电阻率随着温度的升高而增大,磁导率随着温度的升高而减小,被加工钢板的温度上升时,其受到高频电流的集肤效应程度会变小。

当两个通电导体相互靠近时,电流在两导体中流动的方式趋向于集中在两导体邻近一侧,这样的物理现象称为高频电流的邻近效应。两金属导体之间的距离越近,高频电流的邻近效应的程度越强。金属导体表面的宽度越大,高频电流的邻近效应的程度越强。

高频焊接技术有以下特点:

1)焊接工作前,焊管厂不需要对待焊表面进行清洁处理,所以显著提高了生产效率。

2)高频电流在焊接接头处高度集中,使得焊接区的加热升温速度非常快,其焊接速度最高可以达到150-200m/min 范围。

3)由于焊接速度非常快,所以工件的自冷作用较强,焊接热影响区范围较小,且焊缝处不易发生氧化作用,焊缝的显微组织和性能都很优异。

4)适用于高频焊接工艺的金属材料类别较宽泛,焊管产品的种类和形状较多。

高频焊接质量的影响因素:

1)高频电流的频率。高频电流频率的选择与焊管材料的外径和焊接速度有关。一般来说,提高高频电流的频率有利于促进集肤效应和邻近效应的效果,使得焊管的待焊接表面高度富集高频电流,焊接区可以快速加热升温达到焊接所需温度,能够显著提高焊接效率。

2)开口角。开口角的大小对于高频焊接过程中焊接接头质量、焊接稳定性以及焊接工作效率均会产生很大影响。开口角过大,邻近效应减弱,焊接热效率降低,但有利于夹杂物的排出。开口角过小,两板边缘之间的距离减小,邻近效应加强,焊接热效率提高,但焊接所产生的夹杂物不易被排出,从而影响焊接质量。所以开口角一般取2°~6°比较适宜。

(3)焊接挤压力。挤压力影响焊缝热影响区夹杂物是否能够被排出干净,也对焊缝组织形态有影响。在生产过程中焊接挤压力无法被精确测定和设置,通常以焊管边缘的挤压量来表示挤压力的大小。挤压量的大小一般采用挤压辊轮前后两端管材的周长差AL来表示,管材壁厚不同,所需挤压量也不同。

4)焊接速度。焊接速度对焊接接头的质量有很大影响。焊接速度增大,焊接热影响区的宽度随之变窄,焊接挤压速度也会随之提高,焊缝区熔化的金属和产生的氧化夹杂更易被挤出,从而获得良好的焊接接头。焊接速度较小时,焊接热影响区的尺寸会增大,并且更易产生氧化物夹杂,在焊缝处形成较大毛刺,严重降低焊接接头质量水平。

5)焊接功率。在焊接输入功率较低的情况下,焊接表面热输入量不足导致温度过低,无法达到焊接所需条件,容易引起未焊合的缺陷。当输入功率过大时,焊管的待焊接表面温度远远超过焊接所需温度,容易造成焊缝过烧现象。材料的种类、材料的管壁厚度和焊接速度共同决定了焊接热输入功率的大小。

本文标签:高频焊接技术 

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