Основные параметры процессавысокочастотная прямошовная сварка трубК таким параметрам относятся: тепловая мощность сварки, давление сварки, скорость сварки, угол раскрытия, положение и размер индукционной катушки, положение импеданса и т. д. Эти параметры оказывают значительное влияние на повышение качества высокочастотной сварки труб, эффективность производства и производительность. Согласование различных параметров позволяет производителям получить существенную экономическую выгоду.
1. Тепловая энергия сварки
При высокочастотной сварке прямых швов труб мощность сварки определяет количество подводимой тепловой энергии. При постоянных внешних условиях и недостаточном количестве подводимой тепловой энергии край нагретой полосы не достигает температуры сварки и сохраняет твердую структуру, образуя холодный шов, который даже не сплавляется. Несплавление вызвано слишком малым количеством подводимой тепловой энергии. Это несплавление обычно проявляется в виде провала испытания на сплющивание, разрыва стальной трубы во время гидравлического испытания или растрескивания сварного шва при выпрямлении стальной трубы. Это серьезный дефект. Кроме того, на количество подводимой тепловой энергии также влияет качество края полосы. Например, при наличии заусенцев на краю полосы они могут воспламениться до попадания в сварочную точку экструзионного ролика, что приводит к снижению мощности сварки и уменьшению количества подводимой тепловой энергии, в результате чего получаются несплавленные или холодные швы. При слишком высокой температуре подводимого тепла край нагретой полосы превышает температуру сварки, что приводит к перегреву или даже перегоранию, а сварной шов растрескивается под воздействием напряжения, иногда расплавленный металл разбрызгивается и образует отверстия из-за разрушения сварного шва. Песчаные и другие отверстия, образованные из-за чрезмерного подвода тепла, в основном проявляются в виде неудовлетворительных результатов испытаний на сплющивание под углом 90°, неудовлетворительных результатов испытаний на ударную вязкость, а также разрыва или протечки стальной трубы во время гидравлических испытаний.
2. Давление сварки (уменьшение диаметра)
Давление сварки является основным параметром процесса сварки. После нагрева края полосы до температуры сварки атомы металла соединяются, образуя сварной шов под действием силы экструзии экструзионного ролика. Величина давления сварки влияет на прочность и ударную вязкость сварного шва. Если приложенное давление сварки слишком мало, край сварного шва не может полностью сплавиться, а остаточные оксиды металла в сварном шве не могут быть удалены, образуя включения, что значительно снизит прочность сварного шва на растяжение, и сварной шов легко растрескается после приложения напряжения; если приложенное давление сварки слишком велико, большая часть металла, достигшего температуры сварки, будет выдавлена, что не только снизит прочность и ударную вязкость сварного шва, но и приведет к дефектам, таким как чрезмерные внутренние и внешние заусенцы или нахлесточная сварка. Давление сварки обычно измеряется и оценивается по изменению диаметра стальной трубы до и после экструзионного ролика, а также по размеру и форме заусенцев. Влияние силы экструзии при сварке на форму заусенцев. При слишком большом объеме экструзии металла образуется большое количество брызг, расплавленного металла выдавливается больше, заусенцы большие и перевернутые по обеим сторонам сварного шва; при слишком малом объеме экструзии брызг практически нет, заусенцы мелкие и нагроможденные; при умеренном объеме экструзии заусенцы выдавливаются вертикально, их высота обычно составляет 2,5–3 мм. Если объем экструзии металла контролируется должным образом, угол обтекаемости металла в сварном шве симметричен сверху вниз, слева и справа, и составляет 55°–65°. При правильном контроле объема экструзии металл обтекает форму сварного шва.
3 скорости сварки
Скорость сварки также является основным параметром процесса сварки, который связан с системой нагрева, скоростью деформации сварного шва и скоростью кристаллизации атомов металла. При высокочастотной сварке качество сварки улучшается с увеличением скорости сварки, поскольку сокращение времени нагрева сужает ширину зоны нагрева кромки и сокращает время образования оксидов металла; если скорость сварки снижается, то не только зона нагрева становится шире, то есть зона термического воздействия сварного шва становится шире, а ширина зоны плавления изменяется в зависимости от подводимой тепловой энергии, и образуются также более крупные внутренние заусенцы. Ширина линии плавления при различных скоростях сварки. При сварке на низкой скорости, из-за соответствующего снижения подводимой тепловой энергии, возникают трудности при сварке. В то же время, это влияет на качество кромки платы и другие внешние факторы, такие как намагниченность импеданса, размер угла раскрытия и т. д., и легко может привести к возникновению ряда дефектов. Следовательно, при высокочастотной сварке следует выбирать максимальную скорость сварки в соответствии со спецификациями изделия и условиями, допускаемыми производительностью установки и сварочным оборудованием.
4 угла раскрытия
Угол раскрытия, также называемый V-образным углом сварки, обозначает угол между кромкой полосы и экструзионным роликом, как показано на рисунке 6. Обычно угол раскрытия варьируется от 3° до 6°, и его величина в основном определяется положением направляющего ролика и толщиной направляющей пластины. Размер V-образного угла оказывает большое влияние на стабильность и качество сварки. При уменьшении V-образного угла уменьшается расстояние между кромками полосы, что усиливает эффект близости высокочастотного тока, что позволяет снизить мощность сварки или увеличить скорость сварки и повысить производительность. Если угол раскрытия слишком мал, это приведет к преждевременной сварке, то есть точка сварки будет сжата и сплавлена до достижения необходимой температуры, что легко приведет к образованию включений и дефектов холодной сварки в сварном шве, снижая качество сварного шва. Хотя увеличение угла V приводит к увеличению энергопотребления, это позволяет обеспечить стабильность нагрева кромки полосы при определенных условиях, снизить потери тепла на кромке и уменьшить зону термического воздействия. В реальном производстве для обеспечения качества сварного шва угол V обычно контролируется в диапазоне 4°–5°.
5. Размер и положение индукционной катушки
Индукционная катушка является важным инструментом в высокочастотной индукционной сварке, и её размер и положение напрямую влияют на эффективность производства. Мощность, передаваемая индукционной катушкой на стальную трубу, пропорциональна квадрату зазора между трубой и поверхностью трубы. Если зазор слишком велик, эффективность производства резко снизится. Зазор обычно выбирают около 10 мм. Ширина индукционной катушки выбирается в соответствии с внешним диаметром стальной трубы. Если индукционная катушка слишком широкая, её индуктивность уменьшится, напряжение на индукторе также уменьшится, и выходная мощность снизится; если индукционная катушка слишком узкая, выходная мощность увеличится, но активные потери в трубе и самой индукционной катушке также увеличатся. Обычно ширина индукционной катушки составляет 1-1,5D (где D — внешний диаметр стальной трубы), что является наиболее оптимальным значением. Расстояние между передним концом индукционной катушки и центром экструзионного ролика должно быть равно или немного больше диаметра трубы, то есть 1-1,2D является оптимальным. Если расстояние слишком велико, эффект близости угла раскрытия уменьшится, что приведет к слишком большому расстоянию нагрева кромки, в результате чего паяное соединение не сможет достичь более высокой температуры сварки и, следовательно, увеличить срок службы.
6. Роль и расположение резистора
Магнитный стержень Emperor используется для уменьшения высокочастотного тока, протекающего к задней части стальной трубы, и одновременно для концентрации тока на нагреве V-образного уголка стальной полосы, чтобы предотвратить потери тепла из-за нагрева корпуса трубы. Без охлаждения магнитный стержень превысит свою температуру Кюри (около 300 ℃) и потеряет свой магнетизм. Без резистора ток и индуцированное тепло рассеивались бы по всему корпусу трубы, увеличивая мощность сварки и вызывая перегрев корпуса. Резистор не оказывает теплового воздействия на заготовку трубы. Расположение резистора оказывает большое влияние как на скорость сварки, так и на качество сварки. Практика показала, что когда передний конец резистора находится точно на центральной линии экструзионного ролика, результат выравнивания наилучший. Когда он выходит за центральную линию прижимного ролика и выступает в сторону калибровочной машины, эффект выравнивания значительно снижается. Если импеданс расположен ниже центральной линии и сбоку от направляющего ролика, прочность сварки снизится. Оптимальное положение — размещение импеданса в заготовке трубы под индуктором, при этом его головка должна совпадать с центральной линией экструзионного ролика или быть отрегулирована на 20-40 мм в направлении формования. Это позволяет увеличить обратное сопротивление трубы, уменьшить потери тока в ней и снизить мощность сварки.
7. Заключение
(1) Разумный контроль подводимой к сварке тепловой энергии позволяет получить более высокое качество сварного шва.
(2) Как правило, целесообразно контролировать величину экструзии в диапазоне 2,5–3 мм. Выдавливаемые заусенцы располагаются вертикально, что позволяет получить сварной шов с высокой ударной вязкостью и прочностью на растяжение.
(3) Контролируйте угол сварки V в диапазоне 4°~5° и обеспечивайте максимально возможную скорость сварки в условиях, допускаемых мощностью установки и сварочным оборудованием, что позволит снизить вероятность возникновения некоторых дефектов и получить хорошее качество сварки.
(4) Ширина индукционной катушки составляет 1-1,5D от внешнего диаметра стальной трубы, а расстояние от центра экструзионного ролика составляет 1-1,2D, что позволяет эффективно повысить производительность.
(5) Убедитесь, что передний конец резистора точно находится по центру прижимного ролика, чтобы обеспечить высокую прочность сварного шва на растяжение и хороший эффект выравнивания.
Дата публикации: 27 декабря 2022 г.