| 直縫高頻焊接鋼管具有工藝相對簡單，快速連續生產的特點，在民用建筑、石化、輕工等部門有廣泛用途。高頻焊接是根據電磁感應原理和交流電荷的導體中的趨膚效應、鄰近效應和渦流效應，使焊縫邊緣的鋼材局部加熱到熔融狀態，經滾輪的擠壓，使對接焊縫實現晶間接合，從而達到焊縫焊接之目的。本文概述了直縫鋼管高頻焊接的原理與工藝方法及其應用情況。 |
| 關鍵詞 鋼管 頻率 焊接 工藝 |
| 前言 |
| 直縫高頻焊接鋼管具有工藝相對簡單，快速連續生產的特點，在民用建筑、石化、輕工等部門有廣泛用途。多用于輸送低壓流體或做成各種工程構件及輕工產品。 |
| 1.直縫高頻焊接鋼管的生產工藝流程 |
| 直縫焊接鋼管是通過高頻焊接機組將一定的規格的長條形鋼帶卷成圓管狀并將直縫焊接而成鋼管。鋼管的形狀可以是圓形的，也可以是方形或異形的，它取決于焊后的定徑軋制。焊接鋼管的材料主要是：低碳鋼及σs≤300N/mm2、σs≤500N/mm2的低合金鋼或其他鋼材。直縫鋼管高頻焊接的生產工藝流程如下： |
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| 2.高頻焊接 |
| 高頻焊接是根據電磁感應原理和交流電荷在導體中的趨膚效應、鄰近效應和渦流熱效應，使焊縫邊緣的鋼材局部加熱到熔融狀態，經滾輪的擠壓，使對接焊縫實現晶間接合，從而達到焊縫焊接之目的。高頻焊是一種感應焊（或壓力接觸焊），它無需焊縫填充料，無焊接飛濺，焊接熱影響區窄，焊接成型美觀，焊接機械性能良好等優點，因此在鋼管的生產中受到廣泛的應用。 |
| 鋼管的高頻焊接正是利用交流電的趨膚效應和鄰近效應，鋼材（帶鋼）經滾壓成型后，形成一個截面斷開的圓形管坯，在管坯內靠近感應線圈中心附近旋轉一個或一組阻抗器（磁棒），阻抗器與管坯開口處形成一個電磁感應回路，在趨膚效應和鄰近效應的作用下，管坯開口處邊緣產生強大而集中的熱效應，使焊縫邊緣迅速加熱到焊接所需溫度經壓輥擠壓后，熔融狀態的金屬實現晶間接合，冷卻后形成一條牢固的對接焊縫。 |
| 3.高頻焊管機組 |
| 直縫鋼管的高頻焊接過程是在高頻焊管機組中完成的。高頻焊管機組通常由滾壓成型、高頻焊接、擠壓、冷卻、定徑、飛鋸切斷等部件組成，機組的前端配有儲料活套，機組的后端配有鋼管翻轉機架；電氣部分主要有高頻發生器、直流勵磁發電機和儀表自動控制裝置等組成。現以φ165mm高頻焊管機組為例，其主要技術參數如下： |
| 3.1 焊管成品 圓管外徑： φ111~165mm 方管： 50×50~125×125mm 矩形管： 90×50~160×60~180×80mm 成品管壁厚：2~6mm |
| 3.2 成型速度： 20~70米/分鐘 |
| 3.3 高頻感應器： 熱功率： 600KW 輸出頻率： 200~250KHz 電源： 三相380V 50Hz 冷卻： 水冷 激勵電壓： 750~1500V |
| 4.高頻激勵電路 |
| 高頻激勵電路（又稱高頻振蕩電路），是由安裝在高頻發生器內的大型電子管和振蕩槽路組成，它是利用電子管的放大作用，在電子管接通燈絲和陽極時，把陽極輸出信號正反饋到柵極，形成自激振蕩回路。激勵頻率的大小取決于振蕩槽路的電氣參數（電壓、電流、電容和電感）。 |
| 5.直縫鋼管高頻焊接工藝 |
| 5.1 焊縫間隙的控制 |
| 將帶鋼送入焊管機組，經多道軋輥滾壓，帶鋼逐漸卷起，形成有開口間隙的圓形管坯，調整擠壓輥的壓下量，使焊縫間隙控制在1~3mm，并使焊口兩端齊平。如間隙過大，則造成鄰近效應減少，渦流熱量不足，焊縫晶間接合不良而產生未熔合或開裂。如間隙過小則造成鄰近效應增大，焊接熱量過大，造成焊縫燒損；或者焊縫經擠壓、滾壓后形成深坑，影響焊縫表面質量。 |
| 5.2 焊接溫度控制 |
| 焊接溫度主要受高頻渦流熱功率的影響，根據公式（2）可知，高頻渦流熱功率主要受電流頻率的影響，渦流熱功率與電流激勵頻率的平方成正比；而電流激勵頻率又受激勵電壓、電流和電容、電感的影響。激勵頻率公式為： |
f=1/[2π(CL)1/2]...(1) |
| 式中：f-激勵頻率(Hz)；C-激勵回路中的電容(F)，電容=電量/電壓；L-激勵回路中的電感，電感=磁通量/電流 |
| 上式可知，激勵頻率與激勵回路中的電容、電感平方根成反比、或者與電壓、電流的平方根成正比，只要改變回路中的電容、電感或電壓、電流即可改變激勵頻率的大小，從而達到控制焊接溫度的目的。對于低碳鋼，焊接溫度控制在1250~1460℃，可滿足管壁厚3~5mm焊透要求。另外，焊接溫度亦可通過調節焊接速度來實現。 |
| 當輸入熱量不足時，被加熱的焊縫邊緣達不到焊接溫度，金屬組織仍然保持固態，形成未熔合或未焊透；當輸入熱時不足時，被加熱的焊縫邊緣超過焊接溫度，產生過燒或熔滴，使焊縫形成熔洞。 |
| 5.3 擠壓力的控制 |
| 管坯的兩個邊緣加熱到焊接溫度后，在擠壓輥的擠壓下，形成共同的金屬晶粒互相滲透、結晶，最終形成牢固的焊縫。若擠壓力過小，形成共同晶體的數量就小，焊縫金屬強度下降，受力后會產生開裂；如果擠壓力過大，將會使熔融狀態的金屬被擠出焊縫，不但降低了焊縫強度，而且會產生大量的內外毛刺，甚至造成焊接搭縫等缺陷。 |
| 5.4 高頻感應圈位置的調控 |
| 高頻感應圈應盡量接近擠壓輥位置。若感應圈距擠壓輥較遠時，有效加熱時間較長，熱影響區較寬，焊縫強度下降；反之，焊縫邊緣加熱不足，擠壓后成型不良。 |
| 5.5 阻抗器是一個或一組焊管專用磁棒，阻抗器的截面積通常應不小于鋼管內徑截面積的70%，其作用是使感應圈、管坯焊縫邊緣與磁棒形成一個電磁感應回路，產生鄰近效應，渦流熱量集中在管坯焊縫邊緣附近，使管坯邊緣加熱到焊接溫度。阻抗器用一根鋼絲拖動在管坯內，其中心位置應相對固定在接近擠壓輥中心位置。開機時，由于管坯快速運動，阻抗器受管坯內壁的磨擦而損耗較大，需要經常更換。 |
| 5.6 焊縫經焊接和擠壓后會產生焊疤，需要清除。清除方法是在機架上固定刀具，靠焊管的快速運動，將焊疤刮平。焊管內部的毛刺一般不清除。 |
| 5.7 工藝舉例 現以焊制φ32×2mm 直縫焊管為例，簡述其工藝參數： 帶鋼規格：2×98mm 帶寬按中徑展開加少量成型余量 鋼材材質：Q235A 輸入 勵磁電壓：150V 勵磁電流：1.5A 頻率：50Hz 輸出 直流電壓：11.5kV 直流電流：4A 頻率：120000Hz 焊接速度：50米/分鐘 參數調節：根據焊接線能量的變化及時調節輸出電壓和焊接速度。參數固定后一般不用調整。 |
| 6.高頻焊管的技術要求與質量檢驗 |
| 根據GB3092《低壓流體輸送用焊接鋼管》標準的規定，焊管的公稱直徑為6~150mm，公稱壁厚為2.0~6.0mm，焊管的長度通常為4~10米，可按定尺或倍尺長度出廠。鋼管表面質量應光滑，不允許有折疊、裂縫、分層、搭焊等缺陷存在。鋼管表面允許有不超過壁厚負偏差的劃道、刮傷、焊縫錯位、燒傷和結疤等輕微缺陷存在。允許焊縫處壁厚增厚和內縫焊筋存在。 |
| 焊接鋼管應做機械性能試驗和壓扁試驗以及擴口試驗，并要達到標準規定的要求。鋼管應能承受一定的內壓力，必要時進行2.5Mpa壓力試驗，保持一分鐘無滲漏。允許用渦流探傷的方法代替水壓試驗。渦流探傷按GB7735《鋼管渦流探傷檢驗方法》標準執行。渦流探傷方法是將探頭固定在機架上，探傷與焊縫保持3~5mm距離，靠鋼管的快速運動對焊縫進行全面的掃查，探傷信號經渦流探傷儀的自動處理和自動分選，達到探傷的目的。 |
| 探傷后的焊管用飛鋸按規定長度切斷，經翻轉架下線。鋼管兩端應平頭倒角，打印標記，成品管用六角形捆扎包裝后出廠。 |
| 7.小結 |
| 直縫高頻焊管技術具有工藝簡單、效率高的特點，在民用建筑、石化、輕工等部門有廣泛的應用前景。 |
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