К основным параметрам процесса высокочастотной сварки прямых швов труб относятся: тепловая энергия 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, эффективности производства и удельной производительности высокочастотной сварки труб. Правильный подбор различных параметров позволяет производителям получить значительную экономическую выгоду.
1. Тепловая энергия сварки
При высокочастотной сварке прямых швов труб мощность сварки определяет количество подводимого тепла. При определенных внешних условиях и недостаточном количестве подводимого тепла край нагретой стальной полосы не достигает температуры сварки и сохраняет твердую структуру, образуя холодный сварной шов или даже не сплавляясь. Несплавление происходит из-за недостаточного количества подводимого тепла. При проверке это несплавление обычно проявляется в виде неудовлетворительных результатов испытаний на сплющивание, разрыва стальной трубы при испытании под давлением воды или растрескивания сварного шва при выпрямлении стальной трубы, что является более серьезным дефектом. Кроме того, на количество подводимого тепла также влияет качество кромки полосы. Например, при наличии заусенцев на кромке полосы они вызывают искры до попадания в точку сварки прижимным роликом, что приводит к потере мощности сварки и снижению подводимого тепла, образуя несплавленный или холодный сварной шов. При слишком высоком количестве подводимого тепла нагретая кромка полосы превышает температуру сварки, что приводит к перегреву или даже перегоранию. Сварной шов также может трескаться под воздействием напряжения, а иногда расплавленный металл разбрызгивается и образует отверстия из-за разрушения сварного шва. Песчаные ямы и отверстия, образованные чрезмерным нагревом, в основном проявляются в виде неудовлетворительных результатов испытаний на сплющивание под углом 90°, неудовлетворительных результатов испытаний на ударную вязкость, а также разрыва стальных труб или протечек при испытании под давлением воды.
2. Давление сварки (снижение)
Давление сварки является одним из основных параметров процесса сварки. После нагрева края полосы до температуры сварки атомы металла соединяются под действием силы выдавливания прижимного ролика, образуя сварной шов. Величина давления сварки влияет на прочность и ударную вязкость сварного шва. Если приложенное давление слишком мало, край сварного шва не может полностью сплавиться, а остаточные оксиды металла в сварном шве не могут быть удалены и образуют включения, что приводит к значительному снижению прочности сварного шва на растяжение и повышает вероятность растрескивания после приложения напряжения; если же давление слишком велико, большая часть металла, достигшего температуры сварки, будет выдавлена, что не только снижает прочность и ударную вязкость сварного шва, но и приводит 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 имеет значение. Если экструзия слишком велика, брызги металла большие, и расплавленный металл выдавливается в больших количествах, заусенцы большие и перевернутые по обеим сторонам сварного шва; если экструзия слишком мала, брызг практически нет, а заусенцы мелкие и нагромождены; при умеренной экструзии выдавливаемые заусенцы вертикальные, и их высота обычно составляет 2,5–3 мм. При правильной экструзии угол обтекаемости металла в сварном шве симметричен относительно вертикального и горизонтального направлений, и составляет 55–65°. При правильной экструзии металл обтекает форму сварного шва.
3. Скорость сварки
Скорость сварки также является одним из основных параметров процесса сварки. Она связана с системой нагрева, скоростью деформации сварного 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 ширины зоны нагрева кромки и сокращению времени образования оксида металла. Если скорость сварки снижается, то не только зона нагрева становится шире, то есть зона термического воздействия сварного шва становится шире, но и ширина зоны плавления изменяется в зависимости от изменения подводимой тепловой энергии, а также образуется больший внутренний заусенец. Ширина линии плавления при различных скоростях сварки. При сварке на низкой скорости сварка будет затруднена из-за соответствующего снижения подводимой тепловой энергии. В то же время, легко возникает ряд дефектов из-за качества кромки пластины и других внешних факторов, таких как магнетизм импеданса и размер угла раскрытия. Поэтому при сварке с высокой частотой следует выбирать максимально возможную скорость сварки в соответствии со спецификациями изделия и условиями, допускаемыми производительностью установки и сварочным оборудованием.
4. Угол раскрытия
Угол раскрытия, также называемый сварочным V-образным углом, обозначает угол кромки полосы перед экструзионным роликом, как показано на рисунке 6. Обычно угол раскрытия варьируется от 3° до 6°. Размер угла раскрытия 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, позволяет снизить мощность сварки, увеличить скорость сварки и повысить производительность. Слишком малый угол раскрытия приводит к преждевременной сварке, то есть точка сварки сжимается и сплавляется до достижения температуры, что облегчает образование дефектов, таких как включения и холодный сварной шов, снижая качество сварки. Хотя увеличение V-образного угла увеличивает потребление энергии, оно может обеспечить стабильность нагрева кромки полосы при определенных условиях, уменьшить теплопотери на кромке и уменьшить зону термического воздействия. В реальных производственных условиях 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 в высокочастотной индукционной сварке, и ее размер и положение напрямую влияют на эффективность производства.
Мощность, передаваемая индукционной катушкой на стальную трубу, пропорциональна квадрату зазора на поверхности стальной трубы. Если зазор слишком велик, эффективность производства резко снизится. Если зазор слишком мал, легко может возникнуть искрение с поверхностью стальной трубы или повреждение трубы головкой. Обычно зазор между внутренней поверхностью индукционной катушки и корпусом трубы выбирается равным примерно 10 мм. Ширина индукционной катушки выбирается в соответствии с внешним диаметром стальной трубы. Если индукционная катушка слишком широка, ее индуктивность уменьшится, напряжение датчика также уменьшится, и выходная мощность уменьшится; если индукционная катушка слишком узка, выходная мощность увеличится, но активные потери в трубе и индукционной катушке также увеличатся. Как правило, наиболее подходящей является ширина индукционной катушки 1–1,5D (где D — внешний диаметр стальной трубы).
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, и, следовательно, точка сварки не сможет достичь более высокой температуры сварки; если же расстояние слишком мало, экструзионный ролик будет генерировать больше индукционного тепла и сократит срок его службы.
6. Функция и положение импеданса
Импедансный магнитный стержень 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 магнетизм. При отсутствии импеданса ток и индуцированное тепло будут рассеиваться по всему корпусу трубы, увеличивая мощность сварки и вызывая перегрев корпуса трубы. Тепловое воздействие наличия или отсутствия импеданса в заготовке трубы. Расположение импеданса оказывает большое влияние на скорость сварки, а также на качество сварки. Практика показала, что когда передний конец импеданса находится точно на центральной линии экструзионного ролика, происходит выравнивание. Когда он выходит за центральную линию экструзионного ролика и выступает в сторону калибровочной машины, результат выравнивания значительно снижается. Если импеданс не достигает центральной линии, а находится сбоку от направляющего ролика, прочность сварки снижается. Решение заключается в том, что импеданс размещается в заготовке трубы под индуктором, а его головка совпадает с центральной линией экструзионного ролика или регулируется на 20-40 мм в направлении формования. Это позволяет увеличить обратное сопротивление в трубе, уменьшить потери тока в ней и снизить мощность сварки.
Дата публикации: 08.10.2024