고주파 직선 이음매 용접관의 주요 공정 변수에는 용접 열 입력, 용접 압력, 용접 속도, 개방 각도, 유도 코일의 위치 및 크기, 임피던스 위치 등이 있습니다. 이러한 변수들은 고주파 용접관의 품질, 생산 효율 및 단위 생산량 향상에 큰 영향을 미칩니다. 다양한 변수를 적절히 조절하면 제조업체는 상당한 경제적 이익을 얻을 수 있습니다.
1. 용접 열 입력
고주파 직선 이음매 용접 파이프 용접에서 용접 출력은 용접 입력 열량을 결정합니다. 외부 조건이 충족되고 입력 열량이 부족하면 가열된 강판 가장자리가 용접 온도에 도달하지 못하고 고체 구조를 유지하여 냉간 용접이 되거나 용접 불량이 발생할 수 있습니다. 용접 열 입력이 너무 적어 용접 불량이 발생하는 것입니다. 이러한 불량 상태는 검사 시 평탄도 시험 불합격, 수압 시험 중 강관 파열, 강관 교정 중 용접 균열 발생 등 심각한 결함으로 나타납니다. 또한 용접 입력 열량은 강판 가장자리의 품질에도 영향을 받습니다. 예를 들어, 강판 가장자리에 버(burr)가 있는 경우, 버는 압착 롤러 용접 지점에 도달하기 전에 스파크를 발생시켜 용접 출력 손실과 열 입력량 감소를 초래하여 용접 불량 또는 냉간 용접을 유발할 수 있습니다. 반대로 입력 열량이 너무 높으면 가열된 강판 가장자리가 용접 온도를 초과하여 과열되거나 과소손될 수 있습니다. 용접부는 응력을 받으면 균열이 생길 수 있으며, 때로는 용융 금속이 튀어 용접부 파손으로 인해 구멍이 생길 수도 있습니다. 모래 구멍이나 과도한 열 입력으로 인해 생긴 구멍은 주로 90° 편평 시험 불합격, 충격 시험 불합격, 그리고 수압 시험 중 강관 파열 또는 누수로 나타납니다.
2. 용접 압력 (감소)
용접 압력은 용접 공정의 주요 매개변수 중 하나입니다. 스트립 가장자리가 용접 온도까지 가열되면, 압출 롤러의 압출력에 의해 금속 원자들이 결합하여 용접부를 형성합니다. 용접 압력의 크기는 용접부의 강도와 인성에 영향을 미칩니다. 용접 압력이 너무 작으면 용접부가 완전히 융합되지 않고, 용접부 내 잔류 금속 산화물이 제거되지 않아 개재물을 형성하게 되어 용접부의 인장 강도가 크게 저하되고 응력을 받을 때 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 변화와 버의 크기 및 형상을 통해 측정하고 판단합니다. 용접 압출력은 버의 형상에 영향을 미칩니다. 용접 압출력이 너무 크면 스패터가 많이 발생하고 압출된 용융 금속의 양이 많아져 용접부 양쪽에 버가 크고 뒤집힌 형태로 생깁니다. 반대로 압출력이 너무 작으면 스패터가 거의 발생하지 않고 버가 작고 쌓이게 됩니다. 압출력이 적절하면 압출된 버는 수직으로 세워지며 높이는 일반적으로 2.5~3mm로 조절됩니다. 용접 압출력이 적절히 제어되면 용접부의 금속 유선 각도는 상하좌우 대칭을 이루며 각도는 55°~65°가 됩니다. 압출력이 적절히 제어되면 금속 유선은 용접부의 형상을 아름답게 만듭니다.
3. 용접 속도
용접 속도는 용접 공정의 주요 매개변수 중 하나입니다. 이는 가열 시스템, 용접 변형 속도, 금속 원자 결정화 속도와 관련이 있습니다. 고주파 용접의 경우, 용접 속도가 증가함에 따라 용접 품질이 향상됩니다. 이는 가열 시간이 단축되어 가장자리 가열 영역의 폭이 좁아지고 금속 산화물 형성 시간이 단축되기 때문입니다. 용접 속도가 감소하면 가열 영역, 즉 용접 열영향부가 넓어질 뿐만 아니라 용융 영역의 폭도 입력 열량 변화에 따라 변하고 내부 버(burr)가 더 많이 발생합니다. 저속 용접 시에는 입력 열량이 감소하여 용접이 어려워집니다. 또한 판재 가장자리의 품질, 임피던스의 자성, 개구각 크기 등 외부 요인으로 인해 다양한 결함이 발생하기 쉽습니다. 따라서 고주파 용접 시에는 장비 용량 및 용접 장비의 여건이 허용하는 범위 내에서 제품 사양에 따라 가능한 한 가장 빠른 용접 속도를 선택해야 합니다.
4. 개방각
개방각은 용접 V각이라고도 하며, 그림 6에서와 같이 압출 롤러 앞에서 스트립 가장자리의 각도를 나타냅니다. 일반적으로 개방각은 3°에서 6° 사이입니다. 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 강화되어 용접 전력을 줄이고 용접 속도를 높여 생산성을 향상시킬 수 있습니다. 개방각이 너무 작으면 용접점이 적정 온도에 도달하기 전에 압착되어 용융되는 조기 용접이 발생하여 용접부에 개재물이나 냉간 용접과 같은 결함이 발생하기 쉽고 용접 품질이 저하됩니다. V각을 높이면 전력 소비가 증가하지만, 특정 조건에서 스트립 가장자리의 가열 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 크기 및 위치
유도 코일은 고주파 유도 용접에서 중요한 도구이며, 그 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 표면과의 스파크 발생이나 강관 헤드에 의한 손상이 발생하기 쉽습니다. 일반적으로 유도 코일 내면과 강관 본체 사이의 간격은 약 10mm로 선택합니다. 유도 코일의 폭은 강관의 외경에 따라 선택합니다. 유도 코일이 너무 넓으면 인덕턴스가 감소하여 센서 전압이 낮아지고 출력 전력도 감소합니다. 반대로 유도 코일이 너무 좁으면 출력 전력은 증가하지만, 배관 후면과 유도 코일의 유효 손실도 증가합니다. 일반적으로 유도 코일의 폭은 강관 외경의 1~1.5배가 가장 적합합니다.
유도 코일 전면과 압출 롤러 중심 사이의 거리는 파이프 직경과 같거나 약간 커야 하며, 즉 1~1.2D가 적합합니다. 거리가 너무 크면 개방 각도의 근접 효과가 감소하여 가장자리 가열 거리가 너무 길어져 용접 지점이 더 높은 용접 온도를 얻지 못하게 됩니다. 반대로 거리가 너무 작으면 압출 롤러에서 유도 열이 과도하게 발생하여 수명이 단축됩니다.
6. 임피던스의 기능 및 위치
임피던스 자석 막대는 강관 뒷면으로 흐르는 고주파 전류를 감소시키는 동시에 전류를 강판의 V각 부분에 집중시켜 가열함으로써 파이프 본체의 가열로 인한 열 손실을 방지합니다. 냉각 장치가 없으면 자석 막대가 퀴리 온도(약 300℃)를 초과하여 자성을 잃게 됩니다. 반대로 임피던스가 없으면 전류와 유도열이 파이프 본체 전체에 분산되어 용접 전력이 증가하고 파이프 본체가 과열될 수 있습니다. 파이프 블랭크에 임피던스가 존재하거나 존재하지 않을 경우 열적 영향이 크게 달라집니다. 임피던스의 위치는 용접 속도와 용접 품질에 상당한 영향을 미칩니다. 실제 경험에 따르면 임피던스의 전면이 압출 롤러의 중심선에 정확히 위치할 때 평탄화 결과가 가장 우수합니다. 하지만 임피던스가 압출 롤러의 중심선을 벗어나 사이징 기계 측면으로 돌출될 경우 평탄화 결과가 현저히 저하됩니다. 임피던스가 중심선이 아닌 가이드 롤러 측면에 위치할 경우 용접 강도가 저하됩니다. 임피던스를 인덕터 아래 파이프 블랭크에 배치하고, 임피던스 헤드가 압출 롤러의 중심선과 일치하거나 성형 방향으로 20~40mm 정도 조정하면 파이프의 후면 임피던스를 증가시켜 순환 전류 손실을 줄이고 용접력을 감소시킬 수 있습니다.
게시 시간: 2024년 10월 8일