고주파의 주요 공정 매개변수직선 이음매 용접 파이프용접 열 입력, 용접 압력, 용접 속도, 개방 각도 크기, 유도 코일의 위치 및 크기, 저항기의 위치 등 다양한 매개변수가 고주파 용접 파이프 제품의 품질, 생산 효율 및 단위 생산량 향상에 큰 영향을 미칩니다. 이러한 다양한 매개변수를 적절히 조절하면 제조업체는 상당한 경제적 이익을 얻을 수 있습니다.
1. 용접 열 입력: 고주파 직선 이음매 용접 파이프 용접에서 용접 출력은 용접 열 입력량을 결정합니다. 외부 조건이 동일하고 입력 열이 부족하면 가열된 스트립의 가장자리가 용접 온도에 도달하지 못하고 융합되지 않은 냉간 용접 구조가 형성됩니다. 용접 열 입력이 너무 적어 발생하는 문제입니다.
검사 중 용접 불량은 일반적으로 평탄 시험 불합격, 수압 시험 중 강관 파열, 또는 강관 교정 중 용접부 균열과 같은 심각한 결함으로 나타납니다. 또한, 용접 열 입력은 스트립 가장자리의 품질에도 영향을 받습니다. 예를 들어, 스트립 가장자리에 버(burr)가 있는 경우, 버는 압착 롤러의 용접 지점에 도달하기 전에 스파크를 발생시켜 용접력을 손실시키고 열 입력을 감소시켜 용접 불량이나 냉간 용접을 초래할 수 있습니다. 반대로 입력 열이 너무 높으면 가열된 스트립 가장자리가 용접 온도를 초과하여 과열되거나 심지어 과소손될 수 있습니다. 이러한 경우 용접부는 응력을 받으면서 균열이 발생할 수 있습니다. 때로는 용융 금속이 튀어 올라 용접부 파손으로 인해 기포가 생기기도 합니다. 기포와 기포는 과도한 열 입력으로 인해 발생합니다. 검사 과정에서 이러한 결함은 주로 90° 편평 시험에서의 불합격, 충격 시험에서의 불합격, 그리고 수압 시험 중 강관의 파열 또는 누출로 나타납니다.
2. 용접 압력(직경 감소): 용접 압력은 용접 공정의 주요 매개변수입니다. 스트립의 가장자리가 용접 온도까지 가열되면, 스퀴즈 롤러의 압출력에 의해 금속 원자들이 결합하여 용접부를 형성합니다. 용접 압력의 크기는 용접부의 강도와 인성에 영향을 미칩니다. 용접 압력이 너무 작으면 용접부가 완전히 융합되지 않고, 용접부에 남아 있는 금속 산화물이 제거되지 않아 개재물을 형성하게 되어 용접부의 인장 강도가 크게 저하되고 응력 후 균열이 발생하기 쉽습니다. 반대로 용접 압력이 너무 크면 용접 온도에 도달한 금속의 대부분이 압출되어 용접부의 강도와 인성이 저하될 뿐만 아니라 과도한 내외부 버(burr) 발생이나 겹침 용접과 같은 결함이 발생할 수 있습니다.
용접 압력은 일반적으로 압출 롤러 전후의 강관 직경 감소와 버의 크기 및 형상으로 측정 및 판단됩니다. 용접 압출력이 버 형상에 미치는 영향은 다음과 같습니다. 용접 압출량이 너무 크면 스패터가 많이 발생하고 압출된 용융 금속의 양이 많아져 버가 크고 용접부 양쪽으로 기울어집니다. 압출량이 너무 작으면 스패터가 거의 발생하지 않고 버가 작고 쌓입니다. 압출량이 적절하면 압출된 버는 수직으로 서 있으며 높이는 일반적으로 2.5~3mm로 제어됩니다. 용접 압출량을 적절히 제어하면 용접부의 금속 유선 각도는 상하좌우 대칭을 이루며 55°~65°의 각도를 유지합니다. 압출량을 적절히 제어하면 용접부의 금속 유선 형상이 아름답게 나타납니다.
3. 용접 속도: 용접 속도 또한 용접 공정의 주요 매개변수입니다. 이는 가열 시스템, 용접 변형 속도, 금속 원자 결정화 속도와 관련이 있습니다. 고주파 용접의 경우, 용접 속도가 증가할수록 용접 품질이 향상됩니다. 이는 가열 시간이 단축되어 가장자리 가열 영역의 폭이 좁아지고 금속 산화물 형성 시간이 단축되기 때문입니다. 용접 속도가 감소하면 가열 영역이 넓어질 뿐만 아니라 용접부의 열영향부도 넓어지고, 용융 영역의 폭이 입력 열량 변화에 따라 변하며, 내부 버(burr) 발생량도 커집니다. 저속 용접 시에는 입력 열량이 감소하여 용접이 어려워집니다. 또한, 기판 가장자리 품질 및 저항기의 자성, 개구부 각도 크기 등 외부 요인의 영향을 받아 다양한 결함이 발생하기 쉽습니다. 따라서 고주파 용접 시에는 장비 용량 및 용접 설비의 여건이 허용하는 범위 내에서 제품 사양에 따라 가능한 한 가장 빠른 용접 속도를 선택하여 생산해야 합니다.
4. 개방각: 개방각은 용접 V각이라고도 하며, 그림 6에서와 같이 압출 롤러 앞쪽 스트립 가장자리와 용접부 사이의 각도를 말합니다. 일반적으로 개방각은 3°~6° 사이이며, 개방각의 크기는 주로 가이드 롤러의 위치와 가이드 시트의 두께에 따라 결정됩니다. V각의 크기는 용접 안정성과 용접 품질에 큰 영향을 미칩니다. V각이 작아지면 스트립 가장자리 사이의 거리가 줄어들어 고주파 전류의 근접 효과가 강화되므로 용접 전력을 줄이거나 용접 속도를 높여 생산성을 향상시킬 수 있습니다. 개방각이 너무 작으면 용접부가 적정 온도에 도달하기 전에 압착되어 융합되는 조기 용접이 발생하여 용접부에 개재물이나 냉간 용접과 같은 결함이 쉽게 발생하고 용접 품질이 저하됩니다. V각을 높이면 전력 소비가 증가하지만, 특정 조건에서는 스트립 가장자리 가열의 안정성을 확보하고 가장자리 열 손실을 줄이며 열영향부를 감소시킬 수 있습니다. 실제 생산 과정에서는 용접 품질을 확보하기 위해 V각을 일반적으로 4°~5°로 조절합니다.
5. 유도 코일의 크기와 위치: 유도 코일은 고주파 유도 용접에서 중요한 요소입니다. 유도 코일의 크기와 위치는 생산 효율에 직접적인 영향을 미칩니다.
유도 코일이 강관에 전달하는 전력은 강관 표면 사이의 간격 제곱에 비례합니다. 간격이 너무 크면 생산 효율이 급격히 감소하고, 너무 작으면 강관 표면에 불이 붙거나 강관에 손상될 위험이 있습니다. 일반적으로 유도 코일의 내면은 강관 본체와 접촉하며, 간격은 약 10mm로 설정됩니다. 유도 코일의 폭은 강관의 외경에 따라 선택됩니다. 유도 코일이 너무 넓으면 인덕턴스가 감소하고, 인덕터의 전압도 낮아져 출력 전력이 감소합니다. 반대로 유도 코일이 너무 좁으면 출력 전력은 증가하지만, 배기관과 유도 코일 자체의 유효 전력 손실이 증가합니다. 일반적으로 유도 코일의 폭은 강관 외경의 1~1.5배 정도가 적합합니다.
유도 코일의 전면과 압출 롤러의 중심 사이의 거리는 파이프 직경과 같거나 약간 커야 하며, 즉 1~1.2D가 적절합니다. 거리가 너무 크면 개방 각도의 근접 효과가 감소하여 가장자리 가열 거리가 너무 길어져 납땜 접합부에서 더 높은 용접 온도를 얻을 수 없게 됩니다. 반대로 거리가 너무 작으면 압출 롤러에서 발생하는 유도열이 증가하여 수명이 단축됩니다.
6. 저항기의 기능 및 위치: 저항 자석은 고주파 전류가 강관 뒷면으로 흐르는 것을 줄이고, 동시에 전류를 강판의 V자형 모서리 부분에 집중시켜 가열함으로써 파이프 본체의 가열로 인한 열 손실을 방지합니다. 냉각이 충분하지 않으면 자석 막대가 퀴리 온도(약 300°C)를 초과하여 자성을 잃게 됩니다. 저항기가 없으면 전류와 유도열이 파이프 전체에 분산되어 용접 전력이 증가하고 파이프가 과열될 수 있습니다. 저항기는 튜브 블랭크 자체에는 열 효과를 미치지 않습니다. 저항기의 위치는 용접 속도뿐만 아니라 용접 품질에도 큰 영향을 미칩니다. 실제 경험에 따르면 저항기의 앞쪽 끝이 압출 롤러의 중심선에 정확히 위치할 때 평탄화 효과가 가장 좋습니다. 압출 롤러의 중심선을 넘어 사이징 기계 측면으로 돌출될 경우 평탄화 효과가 크게 감소합니다. 저항기가 중심선보다 낮지만 가이드 롤러의 한쪽에 위치하면 용접 강도가 감소합니다. 저항기의 위치는 인덕터 아래의 튜브 블랭크에 배치하고, 저항기 헤드가 압출 롤러의 중심선과 일치하거나 성형 방향으로 20~40mm 정도 조정되도록 하면 튜브의 후면 임피던스를 증가시켜 순환 전류 손실을 줄이고 용접 전력을 낮출 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 10월 7일