高频焊管知识1

1、高频焊管生产工艺流程：

工艺流程主要取决于产品品种，从原料到成品需要经过一系列工序，完成这些工艺过程需要相应的各种机械设备和焊接、电气控制、检测装置，这些设备和装置按照不同的工艺流程要求有多种合理布置。

高频焊管典型流程：开卷―带钢矫平―头尾剪切―带钢对焊―活套储料―成型―焊接―清除毛刺―定径―探伤―飞切―初检―钢管矫直―管段加工―水压试验―探伤检测―打印和涂层―成品。

2、高频焊接

是用流经工件连续接触面的高频电流所产生的电阻热加热并在施加顶锻力的情况下，使工件金属间实现相互接连的一类焊接方法。它类似与普通电阻焊，但存在着许多重要的差别。

高频焊用于碳钢焊管生产已经有40多年的历史。高频焊接具有较大的电源功率，对不同材质、口径和壁厚的钢管都能达到较高的焊接速度(比氩弧焊的最高焊接速度高出l0倍以上)。因此，高频焊接生产一般用途的钢管具有较高的生产率。从焊接材质看，高频焊可以焊接各种类型的钢管。同时，新钢种的开发和成型焊接方法的进步、甚至有色金属（铜、铝）及合金的高频焊接也是当前的热门推广范围。

但是高频焊接因为速度高，给焊管内毛刺的去除带来困难，这也是目前高频焊钢管尚不能为化工、核工业所接受的原因之一。

2.1、高频电阻焊管的工作原理：

利用高频电流的集肤效应和邻近效应，使集中于管坯边缘上的电流将接合面加热到焊接温度，再经挤压、辊压焊成的焊接管。高频焊接有感应焊和接触电阻焊两种。焊钢管时电流的频率为250~450kHZ，感应焊可选择得低些，但最低不得小于150kHZ；焊接有色金属管时电流频率不低于450kHZ。高频感应线圈均为紫铜管，工作时管内通冷水冷却。高频接触电阻焊感应器为铜板触头。

感应器与管坯相当于变压器的一次和二次线圈。当感应器通过高频电流时集肤效应使管坯外表面便产生感应电流，邻近效应使焊接电流集中于管坯待焊边的内外表面分两路流动，一条沿两侧边缘流动，经过挤压辊附近的汇合点形成V形回路，称焊接电流，作有用功；一条绕管坯横断面的内外表面流动，称循环电流，只使管坯温升造成热损失，作无用功。为减少循环电流的无用功耗损，提高电磁感应效率，在管筒内设置了阻抗器，以增大管筒内表面的感抗值，以提高待焊边的电流强度。

2.2、高频焊接制度有3种：

(1)固相塑性压焊

把管坯边 缘交接区加热到1300~1350℃的塑性状态，在挤压辊的压力下将氧化物薄膜挤出焊缝，同时通过高温下固相再结晶使两边缘焊在一起。要求挤压强度大于40~50MPa。采用这种制度时内焊刺高度小，表面平整均匀，焊接时没有火花喷溅。

(2)半熔化焊接

把管坯边缘交接区加热到半熔状态，温度达到1350~1400℃，在挤压辊压力的作用下，将夹有氧化物的液态膜挤出焊缝，同时完成焊接。挤压强度约为20~30MP。这种焊接制度内焊刺高度较小，表面不太平整均匀，焊接时管坯边缘交接区有轻微火花喷溅。

(3)熔化焊接

将管坯边缘交接区加热到熔化状态，焊接温度在1400℃ 以上。因边缘金属熔化较早，在边缘会合点前即出现液态过梁，此处电流密度大，熔化金属部分气化，在挤压辊压力的作用下，整个液态搭接区发生周期性的火花强烈喷溅，挤压力强度与半熔焊接相近。焊后内外焊刺都较大，且成周期性丘陵状。

比较以上3种制度可知

固相塑性压焊能耗较小，焊速较快；

半熔化焊接能耗较大；

熔化焊接能耗最大。

对于低碳钢这3种制度都适用，如管坯边缘质量不太好，大多选用第2种，如钢的焊接性能不太好，则应采用第2种或第3种。当焊接金属表面产生难熔氧化物时，为将它们从焊缝中清除出去，则必须采用第3种。

2.3、高频感应焊与接触焊的区别

在焊接装置功率和焊管规格相同的条件下，高频接触电阻焊的特点是单位能耗低，焊接速度是感应焊的1.5~2.0倍，但焊接过程的稳定性、焊接质量和焊缝表面光滑度较差；铜电极消耗量大，需经常更换；焊接调整较难，作业率低；电极接触管体有一定压力，所以不宜用于薄壁管的生产。所以高频接触电阻焊适用于大中规格焊管的生产。高频感应焊适用于生产焊缝质量要求高的薄壁管、有色金属管和不便于采用电阻焊的异形管、小口径管等。

3、钢管生产过程中重要环节

3.1、在高频焊管生产过程中，如何确保产品质量符合技术标准的要求和顾客的需要，则要对钢管生产过程中影响产品质量的因素进行分析。通过对本公司 Φ76mm高频焊接钢管机组某月份不合格品的统计，认为在生产过程中影响钢管产品质量的要素有原材料、焊接工艺、轧辊调节、轧辊材质、设备故障、生产环境及其它原因等七个方面。其中原材料占32 .44%，焊接工艺占24 .85 %，轧辊调节占22 .72 %，三者相加占 80 .01 %，是主要环节。而轧辊材质、设备故障、生产环境及其它原因等四个方面的要素，对钢管产品质量的影响占19.99% ，属相对次要环节。因此在钢管生产过程中，应对原材料、焊接工艺和轧辊调节三个环节进行重点控制。

3.2、原材料对钢管焊接质量的影响   影响原材料质量的因素主要有钢带力学性能不稳定、钢带的表面缺陷及几何尺寸偏差大等三个方面 ,因此 ,应从这三个方面进行重点控制。

1）钢带的力学性能对钢管质量的影响

焊接钢管常用的钢种为碳素结构钢，主要的牌号有Q195、Q215、Q235、SPCC、SS400、SPHC等多种。钢带屈服点和抗拉强度过高，将造成钢带的成型困难，特别是管壁较厚时，材料的回弹力大，钢管在焊接时存在较大的变形应力，焊缝容易产生裂缝。当钢带的抗拉强度超过635 MPa、伸长率低于10 %时，钢带在焊接过程中焊缝易产生崩裂。当抗拉强度低于300MPa时，钢带在成型过程中由于材质偏软，,表面容易起皱纹。可见材料的力学性能对钢管的质量影响很大，应从材料强度方面对钢管质量进行有效地控制。

2）钢带表面缺陷对钢管质量的影响

钢带表面缺陷常见的有镰刀弯、波浪形、纵剪啃边等几种，镰刀弯和波浪形一般出现在冷轧钢带轧制过程中，是由压下量控制不当造成的。在钢管成型过程中，镰刀弯和波浪形会引起带钢的跑偏或翻转，容易使钢管焊缝产生搭焊，影响钢管的质量。钢带的啃边(即钢带边缘呈现锯齿状凹凸不平的现象 )，一般出现在纵剪带上，产生原因是纵剪机圆盘刀刃磨钝或不锋利造成的。由于钢带的啃边，时时出现局部缺肉，使钢带在焊接时易产生裂纹、裂缝而影响焊缝质量的稳定性。

3）钢带几何尺寸对钢管质量的影响

当钢带的宽度小于允许偏差时，焊接钢管时的挤压力减小，使得钢管焊缝处焊接不牢固，出现裂缝或是开口管；当钢带的宽度大于允许偏差时，焊接钢管时的挤压力增加，在钢管焊缝处出现尖嘴、搭焊或毛刺等焊接缺陷。所以钢带宽度的波动，不但影响了钢管外径的精度，而且严重影响了钢管的表面质量。对要求同一断面壁厚差不超过规定值的钢管，即要求壁厚均匀程度高的钢管，钢带厚度的波动，会将同一卷钢带厚度差超出的允许值转移到成品钢管的壁厚差，使大批钢管厚度超出允许偏差而判废。厚度的波动不仅影响成品钢管的厚度精度，同时由于钢带的厚薄不一，使钢管在焊接时挤压力和焊接温度不稳定，造成了钢管焊接时焊缝质量不稳定。此外，由于钢材内部存在着夹层、杂质、沙眼等材料缺陷，也是影响钢管质量的一个重要因素。因此，在钢带焊接前，要检查每卷钢带的表面质量和几何尺寸，对钢带质量不符合标准要求的，不要进行生产，以免造成不必要的损失。

3.3、高频焊接对钢管质量的影响

在钢管高频焊接过程中，焊接工艺及工艺参数的控制、感应圈和阻抗器位置的放置等对钢管焊缝的焊接质量影响很大。

1）钢管焊缝间隙的控制

钢带进入焊管机组经成型辊成型、导向辊定向后，形成有开口间隙的圆形钢管管坯，调整挤压辊的挤压量，使得焊缝间隙控制在1～3mm，并使焊口两端保持齐平。焊缝间隙控制得过大，会使焊缝焊接不良而产生未熔合或开裂；焊缝间隙控制得过小，由于热量过大，造成焊缝烧损，熔化金属飞溅，影响焊缝的焊接质量。

2）高频感应圈位置的调控

感应圈应放置在与钢管同一中心线上，感应圈前端距挤压辊中心线的距离，在不烧损挤压辊的前提下，应视钢管的规格而尽量接近。若感应圈距挤压辊较远时，有效加热时间较长，热影响区宽，使得钢管焊缝的强度下降或未焊透；反之感应圈易烧毁挤压辊。

3）阻抗器位置的调控

阻抗器是一个或一组焊管专用磁棒，阻抗器的截面积通常应不小于钢管内径截面积的70 %，其作用是使感应圈、管坯焊缝边缘与磁棒形成一个电磁感应回路，产生邻近效应，涡流热量集中在管坯焊缝边缘附近，使管坯边缘加热到焊接温度。阻抗器应放置在V形区加热段，且前端在挤压辊中心位置处，使其中心线与管筒中心线一致。如阻抗器位置放置的不好，影响焊管的焊接速度和焊接质量，使钢管产生裂纹。
4）高频焊接工艺参数——输入热量的控制

高频电源输入给钢管焊缝部位的热量称为输入热量。将电能转换成热能时 ,其输入热量的公式为：
             Q=KI^2 Rt     (1)
式中 Q—输入管坯的热量； K—能量转换效率； I—焊接电流；R—回路阻抗； t—加热时间。
加热时间：

           t=Lv               (2)
式中   L—感应圈或电极头前端至挤压辊的中心距；v—焊接速度。
当高频输入的热量不足且焊接速度过快时，使得被加热的管体边缘达不到焊接的温度，钢铁仍保持其固态组织而焊接不上，形成了未熔合或未焊透的裂纹；当高频输入热量过大且焊接速度过慢时，使得被加热的管体边缘超过了焊接温度，容易产生过热甚至过烧，使焊缝击穿，造成金属飞溅而形成缩孔。从公式 (1)、(2)中可知，可以通过调整高频焊接电流 (电压 )或调整焊接速度的方法，来控制高频输入热量的大小，从而使钢管的焊缝既要焊透又不焊穿，获得焊接质量优良的钢管。

3.4、轧辊调节对钢管质量的影响

从钢管废品因果分析图可看出，轧辊调节是属钢管的操作工艺。在生产过程中，轧辊损坏或磨损严重时，在机组上需要更换部分轧辊，或某个品种连续生产了足够的数量，需要更换整套的轧辊。这时都应对轧辊进行调节，以获得良好的钢管质量。如轧辊调节得不好，易造成钢管管缝的扭转、搭焊、边缘波浪、鼓包及管体表面有压痕或划伤，钢管椭圆度大等缺陷，因此，换辊时应掌握轧辊调节的技巧。
1 )更换钢管规格，一般都对整套轧辊进行更换。轧辊调节的方法是：用钢丝从机组入口到出口拉一条中心线，进行调整，使各架孔型在一条中心线上，并使成型底线符合技术要求。更换轧辊规格后，首先对成型辊、导向辊、挤压辊、定径辊作一次全面的调节，然后重点对成型辊的封闭孔型、导向辊、挤压辊调节。
2 )导向辊的作用是控制钢管的管缝方向和管坯底线高度，缓解边缘延伸，控制管坯边缘回弹，保证管缝平直而不扭转进入挤压辊。如导向辊调节不好，在钢管的焊接过程中，易造成钢管管缝的扭转、搭焊、边缘波浪等焊接缺陷。

3 )挤压辊是焊管机组的关键设备，其作用是将边缘被加热到焊接温度的管体在挤压辊的挤压力作用下完成压力焊接。在生产过程中，要控制挤压辊开口角的大小。挤压力过小时，焊缝金属强度下降，受力后会产生开裂；挤压力过大时，降低焊接强度，而且使外毛刺量增加，易造成搭焊等焊接缺陷。
4 )在焊管机组慢速起动的过程中，应密切注意各部位轧辊的转动情况，随时调节轧辊，以确保焊管的焊接质量和工艺尺寸符合规定的要求。