К основным технологическим параметрам высокочастотной сварки прямошовных труб относятся погонная энергия сварки, давление сварки, скорость сварки, угол раскрытия, положение и размер индукционной катушки, положение импеданса и т. д. Эти параметры оказывают существенное влияние на повышение качества, эффективности производства и производительности труб, сваренных высокочастотной сваркой. Правильное согласование различных параметров позволяет производителям получать значительные экономические выгоды.
1. Погонная энергия сварки
При сварке прямошовных труб высокочастотным током мощность сварки определяет количество подводимого тепла. При определённых внешних условиях и недостаточном подводимом тепловыделении кромка нагретой стальной полосы не может достичь температуры сварки и сохраняет целостность, необходимую для образования холодного шва, или даже не сплавляется. Несплавление происходит из-за слишком малого подводимого тепла. При обнаружении это несплавленное состояние обычно проявляется в виде неудовлетворительного результата теста на сплющивание, разрыва стальной трубы при испытании давлением воды или растрескивания шва при правке стальной трубы, что является более серьёзным дефектом. Кроме того, на количество подводимого тепла влияет качество кромки полосы. Например, при наличии заусенцев на кромке полосы они вызывают искры до попадания в сварочную точку прижимного ролика, что приводит к потере мощности сварки и снижению подводимого тепла, образуя несплавленный или холодный шов. При слишком высоком подводимом тепловыделении температура нагретой кромки полосы превышает температуру сварки, что приводит к перегреву или даже пережогу. Сварной шов также трескается под действием напряжения, а иногда расплавленный металл разбрызгивается и образует отверстия из-за разрушения шва. Песчаные раковины и отверстия, образовавшиеся из-за чрезмерного нагрева, чаще всего проявляются в виде неудовлетворительных результатов испытаний на сплющивание под углом 90°, неудовлетворительных результатов испытаний на ударную вязкость, а также разрывов или протечек стальных труб при испытании под давлением воды.
2. Сварочное давление (уменьшение)
Сварочное давление является одним из основных параметров процесса сварки. После нагрева кромки полосы до температуры сварки атомы металла объединяются под действием силы выдавливания прижимного ролика, образуя сварной шов. Величина сварочного давления влияет на прочность и вязкость сварного шва. Если приложенное сварочное давление слишком мало, сварная кромка не может быть полностью расплавлена, а остаточные оксиды металла в шве не могут быть удалены и образуют включения, что приводит к значительному снижению прочности сварного шва на растяжение, и сварной шов склонен к растрескиванию после нагрузки; если приложенное сварочное давление слишком велико, большая часть металла, достигшего температуры сварки, будет выдавлена, что не только снижает прочность и вязкость сварного шва, но и приводит к таким дефектам, как чрезмерное количество внутренних и внешних заусенцев или сварка внахлестку.
Давление сварки обычно измеряется и оценивается по изменению диаметра стальной трубы до и после экструзионного ролика, а также по размеру и форме заусенцев. Влияние усилия сварочной экструзии на форму заусенцев. Если сварочная экструзия слишком большая, разбрызгивание большое и выдавленный расплавленный металл большой, заусенцы большие и опрокинуты по обе стороны шва; если экструзия слишком маленькая, брызг почти нет, а заусенцы маленькие и сгруппированные; когда экструзия умеренная, выдавленные заусенцы вертикальные, а высота обычно контролируется на уровне 2,5 ~ 3 мм. Если сварочная экструзия контролируется должным образом, угол обтекания металла сварного шва симметричен вверх и вниз, влево и вправо, и угол составляет 55 ° ~ 65 °. Металл обтекает форму сварного шва, когда экструзия контролируется должным образом.
3. Скорость сварки
Скорость сварки также является одним из основных параметров сварочного процесса. Она связана с системой нагрева, скоростью деформации шва и скоростью кристаллизации атомов металла. При высокочастотной сварке качество сварки улучшается с увеличением скорости сварки. Это происходит потому, что сокращение времени нагрева приводит к сужению зоны нагрева кромки и сокращению времени образования оксида металла. При снижении скорости сварки не только расширяется зона нагрева, то есть зона термического влияния шва становится шире, но и изменяется ширина зоны плавления с изменением подводимого тепла, а образующийся внутренний заусенец увеличивается. Ширина линии сплавления при различных скоростях сварки. При сварке на низкой скорости сварка будет затруднена из-за соответствующего снижения подводимого тепла. В то же время легко вызвать ряд дефектов из-за качества кромки пластины и других внешних факторов, таких как магнетизм импеданса и размер угла раскрытия. Поэтому при сварке на высокой частоте следует выбирать максимально возможную скорость сварки в соответствии с техническими характеристиками изделия в условиях, допускаемых производительностью установки и сварочным оборудованием.
4. Угол раскрытия
Угол раскрытия также называется сварочным V-образным углом, который относится к углу кромки полосы перед экструзионным роликом, как показано на рисунке 6. Обычно угол раскрытия варьируется от 3° до 6°. Величина угла раскрытия в основном определяется положением направляющего ролика и толщиной направляющего листа. Величина V-образного угла оказывает большое влияние на стабильность и качество сварки. При уменьшении V-образного угла расстояние между кромками полосы уменьшается, тем самым усиливая эффект близости высокочастотного тока, что может снизить мощность сварки, увеличить скорость сварки и повысить производительность. Слишком малый угол раскрытия приведет к преждевременной сварке, то есть свариваемая точка сжимается и сплавляется до достижения температуры, что облегчает образование таких дефектов, как включения и холодная сварка в сварном шве, что снижает качество сварного шва. Хотя увеличение V-образного угла увеличивает энергопотребление, оно может обеспечить стабильность нагрева кромки полосы при определенных условиях, снизить потери тепла на кромке и уменьшить зону термического влияния. В реальном производстве для обеспечения качества сварного шва угол V обычно контролируется в пределах от 4° до 5°.
5. Размер и положение индукционной катушки
Индукционная катушка является важным инструментом высокочастотной индукционной сварки, а ее размер и положение напрямую влияют на эффективность производства.
Мощность, передаваемая индукционной катушкой стальной трубе, пропорциональна квадрату зазора на поверхности стальной трубы. Если зазор слишком большой, эффективность производства резко снизится. Если зазор слишком маленький, легко возникнуть искре о поверхность стальной трубы или быть поврежденным головкой стальной трубы. Обычно зазор между внутренней поверхностью индукционной катушки и телом трубы выбирается около 10 мм. Ширина индукционной катушки выбирается в соответствии с наружным диаметром стальной трубы. Если индукционная катушка слишком широкая, ее индуктивность уменьшится, напряжение датчика также уменьшится, и выходная мощность уменьшится; если индукционная катушка слишком узкая, выходная мощность увеличится, но активные потери трубы и индукционной катушки также увеличатся. Как правило, ширина индукционной катушки более подходящая составляет 1 ~ 1,5D (D - наружный диаметр стальной трубы).
Расстояние между передним концом индукционной катушки и центром экструзионного ролика равно или немного больше диаметра трубы, то есть, более подходящим является расстояние 1–1,2D. Если расстояние слишком большое, эффект близости угла раскрытия будет снижен, что приведет к слишком большому расстоянию нагрева кромки, из-за чего точка сварки не сможет достичь более высокой температуры сварки; если расстояние слишком мало, экструзионный ролик будет генерировать больше индукционного тепла, что сократит его срок службы.
6. Функция и положение импеданса
Магнитный стержень импеданса используется для уменьшения высокочастотного тока, протекающего к задней части стальной трубы, и одновременно концентрирует ток для нагрева V-образного угла стальной полосы, чтобы предотвратить потери тепла из-за нагревания тела трубы. При отсутствии охлаждения магнитный стержень превысит свою температуру Кюри (около 300 °C) и потеряет магнетизм. При отсутствии импеданса ток и индуцированное тепло будут рассеиваться по всему телу трубы, увеличивая мощность сварки и вызывая его перегрев. Тепловой эффект наличия или отсутствия импеданса в трубной заготовке. Расположение импеданса оказывает большое влияние на скорость сварки и качество сварки. Практика показала, что когда передний конец импеданса находится точно по оси экструзионного ролика, происходит сплющивание. Если он выходит за пределы оси экструзионного ролика и выступает в сторону калибровочной машины, результат сплющивания значительно ухудшается. Если он не достигает центральной линии, а находится сбоку от направляющего ролика, прочность сварки снижается. Положение индуктора заключается в том, что он располагается в заготовке трубы под индуктором, а его головка совпадает с центральной линией экструзионного ролика или смещается на 20–40 мм в направлении формовки, что позволяет увеличить обратное сопротивление в трубе, снизить потери циркулирующего тока и снизить мощность сварки.
Время публикации: 08 октября 2024 г.