特种连接方法及工艺课件：高频焊-.ppt

单击此处编辑母版文本样式,单击此处编辑母版标题样式,高频焊,主要内容,7.1,概述,7.2,高频焊基本原理,7.3,高频焊一般工艺,7.4,高频焊设备的选择,7.5,高频焊应用实例,7.1,概述,高频焊是在二十世纪初由低频和中频技术发展而来的利用,60Hz,电流加热工件边缘，通过导轮实现焊接其焊接速度因导轮与工件接触而受到限制天津百万吨乙烯工程,螺旋翅片管（上无齿、下有齿）,高频焊，其焊接速度可高达,200m/min,高频焊（,High-frequency welding,）在这里主要指高频电阻焊（,High-frequency resistance welding,HFRW,），又称高频对接缝焊，即利用,10,500kHz,的高频电流进行焊接的方法主要应用在机械化或自动化程度颇高的管材、型材生产线中管径,6,1420mm,、壁厚,0.15,20mm,小径管多为直焊缝；大径管多为螺旋焊缝焊件材质可为钢、有色金属等7.2,高频焊基本原理,7.2.1,高频焊基本类型,高频接触焊,带材成形为管坯并在挤压辊作用下，使对口两端面呈,V,形，即构成,V,形焊接区，,V,形顶点称会合点高频接触焊时电流从电极直接输入，由于集肤效应和邻近效应的作用，使电流主要集中于,V,形焊接区端面表层，并在邻近会合点处电流密度最大，因而焊透性极好。

同时，为集中,V,形回路磁场、增大管坯内表面感抗而减小分流（沿管坯内、外圆周表面构成二个分流回路），通常需在管坯内安置铁氧体磁心阻抗器集肤效应和邻近效应,集肤效应：,当导体通以交变电流时，导体断面上出现的电流分布不均匀，电流密度由导体中心向表面逐渐增加，大部分电流仅沿导体表层流动的一种物理现象导体的电阻率越低、磁导率越大、电流的频率越高，集肤效应越显著邻近效应,（,proximity effect,）：两个有高频电流流过的导体，如果彼此相距很近，则高频电流仅沿两导体相邻的一面（当二导体里电流方向相反）或相距较远的一面（当二导体里电流方向相同）流动的性质,高频感应焊,高频感应焊的焊接电流不是从电极直接输入，而是通过感应效应产生的焊接时，感应器通过高频电流而在管坯中产生高频感应电流，可分为两部分：其中流过,V,形焊接区者即为焊接电流,I,；另一部分 则从管坯外周表面流向内周表面形成循环电流，引起较大的能量损失同理，在管坯内需安置一种成组的簇氏阻抗器（铝质集管），增加分流回路的阻抗，提高焊接效率7.2.2,高频焊的加热特点,为加热区间；（或）为挤压顶锻区间高频焊接电流,I,流过,V,形焊接区所析出的电阻热，即是高频焊的热源。

在加热区间沿管坯中层面,y,方向（即加热深度方向）温度分布如图,7-3,所示图中曲线表明，由于集肤效应和邻近效应的强烈作用，越靠近对口端面表层电流密度越大，加热强度越大，因而该处温度亦越高；,在加热区间沿指向会合点方向的不同位置上（中层面,x,方向上）温度分布如图,7-4a,所示，图中曲线表明，由于管坯对口端面形成,V,形回路使邻近效应逐渐加强，电流密度逐渐增大而使加热强度增大，因而该位置上温度亦越高，加热深度亦越大会合点及其邻近区域温度已超过金属熔点形成液态金属层，此时往往出现连续喷射的细滴火花,闪光（与连续闪光焊时的闪光相似，但较弱），这就使焊口获得了需要的焊接温度，为挤压顶锻焊接创造了条件7.2.3,挤压顶锻焊接,挤压顶锻区间的温度分布如图,7-4b,所示此时，在挤压辊产生的挤压力（焊接压力）作用下，将熔化金属及氧化夹杂挤出，并使焊口受到强烈顶锻（管坯周长挤去一定挤压量），促使形成共同晶粒获得牢固对接接头其实质仍属于塑性状态下的固相焊接7.3,高频焊一般工艺,7.3.1,高频焊主要特点,1,）焊速高 这是由于电能高度集中，焊接区加热速度极 快，焊速高达,150,200m/min,时仍不会产生,“,跳焊,”,现象；,2,）热影响区小 这是因焊速高，工件自冷作用强，故热影响区窄且不易发生氧化，可获得良好组织与性能的焊缝；,3,）待焊处表面可不必进行焊前清理。

高频感应焊管与高频接触焊管相比其,优点,包括：,1,）焊管表面光滑，特别是焊道内表面较平整；,2,）感应圈不与管壁接触，故对管坯接头及表面质量要求比较低，亦不会像高频接触焊时那样可能引起管子表面烧伤；,3,）因不存在电极（滑动触头）压力，故不会引起管坯局部失稳变形，也不会引起管坯表面镀层擦伤，因此能适宜于制造薄壁管和涂层管；,4,）不用电极，因而省料省时，亦不存在电极脱离工件造成功率传输不稳而影响焊接质量等问题但高频感应焊能量损失较大，使用相同功率焊制同种规格管子时，焊速仅为接触法的,1/2,1/3,，对中、大径管的制造则以选用接触法为宜7.3.2,高频焊焊接参数及选择,电源频率,频率的提高有利于集肤效应和邻近效应的发挥，提高焊接效率，但要获得优质焊缝，频率选择主要取决于管坯材质及其壁厚一般焊有色管的频率要比焊碳钢管时为高，这主要因有色管的热导率高所致同时，为能保证对口两边加热宽度适中，又能保证厚度方向加热均匀，通常焊薄壁管时选择频率高些，焊管壁厚时选频率低些管坯坡口形状,通常采用,I,形坡口，可使沿厚度方向加热均匀，而且坡口准备容易但当管坯厚度很大时，,I,形坡口将使坡口横断面的中心部分加热不足，而其上、下边缘加热过度，这时可选用双,V,形坡口以使横断面加热均匀，焊后接头硬度亦趋向一致。

会合角的选择,会合角的大小对高频焊闪光过程的稳定性、焊缝质量、焊接效率均有很大影响通常取,2,6,比较适宜会合角过小，将使闪光过程不稳定，焊缝中易产生火口、针孔等缺陷；会合角过大，将使邻近效应减弱，功耗增加同时，形成过大 角度也较困难和易引起管坯边缘产生折皱电极、感应圈及阻抗器安放位置,1,）电极位置 在高频接触焊中，电极安放位置应尽可能靠近挤压辊轮，与其中心线距离取,20,150mm,，焊铝管时取下限，焊壁厚,10mm,以上低碳钢管时取上限2,）感应圈位置 在高频感应焊中，感应圈应与管子同心放置，其前端距两挤压辊轮中心连线亦应尽可能靠近3,）阻抗器位置 阻抗器应与管坯同轴安放，移动阻抗器、感应圈的前后位置，均可加强或减弱对口边缘加热，调节板厚方向内外温度至接近一致输入功率的选择,生产上用振荡器输入功率来度量输出给焊缝的加热功率输入功率小时，管坯坡口面加热不足，达不到焊接温度而产生未焊透；输入功率过大，将使坡口面加热温度过高而引起过热或过烧，甚至使焊缝击穿，造成熔化金属严重喷溅而形成针孔或夹渣缺陷焊接速度的选择,焊接速度是主要焊接参数随着焊接速度提高，管坯坡口面挤压速度会随着提高，这有利于将焊接区液态金属层和氧化物被挤出去，得到优质固相连接。

然而，在输入功率一定情况下，焊接速度不可能无限制提高，否则将达不到理想的焊接温度焊接压力的选择,焊接压力是高频焊主要焊接参数一般以,100,300MPa,为宜，生产上以管坯被挤压的量来表示，它是通过改变挤压辊轮间距来调节的挤压量也常用挤压辊前后管材的周长差来表示，其具体值随管壁厚度不同而异,.,7.3.3,高频直缝焊管工艺,低合金高强钢管纵缝高频焊,碳当量,CE,0.2%,的碳素钢管，其高频焊焊接性良好，焊后可不必进行热处理但低合金高强钢管的,CE,通常在,0.2%,0.65%,，在高频焊过程中，由于集肤效应、邻近效应和热传导的共同作用，造成了管坯边缘附近的温度分布梯度、形成了熔化区、部分熔化区、过热组织区、正火区、不完全正火区、回火区等特殊区域其中过热组织区由于焊接温度在,1373K,以上，奥氏体晶粒急剧长大，冷却后晶粒粗大，在一定化学成分和冷速条件下还会形成淬硬组织焊缝物理无缝化处理,焊缝局部常化处理,切除钢管外毛刺后，在通水冷却和定径之前，用中频感应加热装置中频感应加热装置将焊缝热影响区加热至约,1200K,，然后空冷至,811K,以下适用于较大管径的钢管（外径,200mm,以上）；整体常化处理,对于直径较小的钢管，可以采用中频感应或火焰加热方法将管坯加热到,1173K,以上，然后空冷或在带有可控气氛的冷却室中冷却下来。

当焊接含有易生成难熔氧化物元素（如,Cr,）的管坯时，为减少焊缝中的氧化夹杂，可喷送中性气体流（,N,2,）进行气体保护不锈钢管纵缝的高频焊,不锈钢的导热性差，电阻率高，可用较低的输入功率和较高的焊接速度焊接,其,V,形角角度推荐为,5-7,度之间由于不锈钢高温强度大需要增大焊接压力，比焊低碳钢管大,40,50MPa,同时，不锈钢管纵缝高频焊主要问题是焊接热影响区由于碳化物析出使抗蚀性降低采用焊前固溶处理、高的焊接速度，并紧接着焊后使管材通过冷却器进行急冷等措施，在不用惰性气体保护下就可得到抗蚀性良好的接头铝合金管纵缝的高频焊,铝合金管纵缝高频焊的关键是必须将对口中难熔氧化物,Al,2,O,3,挤出焊缝，要求提高焊接速度，约为焊制钢管的,2,倍，只有这样才可缩短在液态温度下的停留时间，减少散热引起的温度降低，并可增加挤压速度，促进氧化物挤出其,V,形角推荐,5-7,度间,当,V,形角角度较小时,易产生冷焊和夹杂同时，铝合金是非导磁体，高频电流穿透深度较大，要求高频电源的电压和功率具稳定度高，波纹系数小,(,小于,1%),，并应选取较高的电源频率7.3.4,高频螺旋缝焊管工艺,高频螺旋缝焊管简称高频螺旋焊管，除能使用较窄的带钢（卷带）焊出直径很大的管子外，还能用同一宽度的带钢焊出不同直径的管材。

焊接时，将带钢连续的送入成形轧机，使之螺旋地绕心轴弯曲成圆筒状，并使其边缘间相互形成对接（图,7-7a,）或搭接缝（图,7-7b,）同时又构成相应的,V,形会合角，然后再用高频接触法进行连续焊接7.4,高频焊设备的选择,7.4.1,高频发生器,制管用的高频发生器有二种，即电子管高频振荡器和固态变频器,.,7.4.2,电极,滑动触头作为电极为向管坯馈电的重要装置，由于要在高温下和与管壁发生高速滑动摩擦的条件下传导高频电流，通常选用铜钨、银钨和锆钨等合金材料并可制成复合结构7.4.3,感应圈,感应圈又称感应器，是高频感应焊制管机的重要组件，其结构形式及尺寸大小对能量转换和效率影响很大7.4.4,阻抗器,阻抗器是高频焊时的重要辅助装置，其主要元件是磁心，作用是增加管壁背面的感抗，即增加内壁回路的阻抗,迫使电流沿待焊边缘流动,减少无效电流、增加有效电流、提高焊接速度7.5,高频焊应用实例,7.5.1,螺旋翅片管高频焊,（,1,）焊接原理,翅片管是在无缝钢管外圆上按一定螺距缠绕钢带，钢带垂直于钢管外圆的表面，以高频电流作为热源局部加热接触面及待焊区，同时在翅片管外侧施加顶锻力，实现接触面的固相焊接，,（,2,）焊前准备,管料表面应不得有明显凹坑并进行喷砂清理，以去除油、锈等污物；顶锻轮的制备要保证其对钢带的夹持在圆周方向上松紧均匀适度（约有,0.1,0.2mm,余量），内件相对转动轻松自如；电极极身与触头间的焊接牢固可靠，冷却顺畅，无泄漏。

图,7-15,焊口金相图,（,3,）焊接参数,翅片管焊接接头的抗拉强度及焊合（着）率等主要质量指标必须达到,高频电阻焊螺旋翅片管技术条件,部颁标准（,Q/SH.MM.25-2000,）和国外（,API,标准）的专业标准4,）焊接检验,1,）外观检查,2,）焊合（着）率检验,3,）金相检验,4,）力学性能检验,7.5.2,轻型,H,型钢高频焊生产线,国外某公司用高频电阻焊（接触法）生产不同断面轻型,H,型钢，材质为普通碳素钢和高强钢H,型钢高度由,101,609.6mm,，翼缘宽度为,38.1,305mm,，腹板厚度为,1.6,12.7mm,，翼缘厚度为,2.4,19mm,可是对称断面，亦可是非对称断面；可是同质材料，亦可是异质钢材高频焊机发生器频率为,960,、,3000,和,10000Hz,；焊接高度为,305mm,的,H,型钢的焊机功率为,280kW,；焊接高度为,533mm,的,。