固態高頻焊機的選型及焊接質量控制

1,焊接功率和頻率的確定

? ? ? ? ?為達到相同的焊接速度,紫銅管所需功率最大、頻率最高,其次是不銹鋼管、鋼管、鋁管。

? ? ? ? ?所需焊接功率計算:

? ? ? ? 所需焊接頻率的選擇:

? ? ? ? 焊接頻率以管材的材質、壁厚為依據。頻率的高低與電效率有關,對焊管質量、焊接速度有很大影響。感應焊時的頻率選擇要考慮壁厚與透入深度之比值,一般≤2。即:

? ? ? ? 一般而言,頻率的選擇范圍為:

? ? ? ? 銅管:≥500~700 kHz

? ? ? ? 鋁管、不銹鋼:≥400~500 kHz

? ? ? ? 不銹鐵:≥400 kHz

? ? ? ? 鋼管:200~500 kHz

? ? ? ? 注:詳細選型見三正電氣焊機選型規格表

2.配電容量的確定

? ? ? ? 配電容量的確定需考慮以下幾個因素:

? ? ? ?① 所有焊機的功率總和:

? ? ? ?② 同時系數K1 (所有焊機同時工作的概率),K1≈0.8~0.9。

? ? ? ?③ 滿載系數K2 (焊機使用功率和額定功率之比) ,K2≈0.6~0.8。

? ? ? ?④ 設備功率因數,一般cosφ≈ 0.8~0.9。

? ? ? ?⑤ 變壓器過載能力,S9系列以上變壓器的過載能力可達40%。飛鋸電機、水泵電機、車間照明及輔助設備的配電容量可以由變壓器的可過載部分提供。

即:

3,阻抗匹配措施

?????? 1)良好的負載匹配是功率輸出的保證。同一焊管機組,由于更換鋼管規格、鋼管壁厚的變化、采用不同的感應器等都會引起負載匹配問題。

????? ① 焊機的直流電壓和電流都不能超過其最大值。

?? ????即:Ud<Udmax,Id<Idmax。

????? ② 當焊機輸出電壓和電流同時達到最大時,焊機輸出功率最大,焊機利用率最高。

????? 2)串聯型焊機阻抗匹配方法:

????? ① 調節匹配變壓器變比(調整范圍大)。

????? ② 調節感應器的匝數和大小(調整范圍小,受焊接工藝限制)。

????? ③ 脈沖屏蔽(PSM)動態阻抗匹配(調整范圍中,功率因數高、效率高、保證焊機良好匹配)。

????? ④ 焊機功率留有20-30%的功率余量。

4,速度-功率閉環控制系統的應用

????? 1)理論依據:當焊接工藝參數一定時,焊機輸出功率和焊速呈單調遞增關系!并且這種單調關系是確定和可重復的!

????? 2) 實現方法:通過設定焊機的初始輸出功率和焊速~功率遞增斜率兩個參數使焊機輸出功率和焊速在一定范圍內自動相匹配,并且焊接過程中自動動態調整。

????? 3)作用:

????? ①? 提高焊管質量。

????? ②? 降低管材廢品率。

????? ③? 簡化工藝調整程序。

????? ④? 比溫度功率閉環更容易實現。

圖1 速度-功率閉環曲線

5,焊接工藝參數的影響

????? 感應焊電流回路:管壁內電流回路,管壁外電流回路。

????? 接觸焊電流回路:焊縫電流回路,管壁外電流回路。

????? 1)阻抗器(磁棒)對焊接的影響

????? 阻抗器的放置位置不但對焊接速度有很大影響,而且對焊接質量也有較大影響。

????? ① 阻抗器的作用:采用感應焊時,增大內管壁電流回路電抗X內,減小內管壁回路電流i內;采用接觸焊時,增大外管壁電流回路電抗X外,減小外管壁回路電流i外。

????? ② 阻抗器的位置:阻抗器的前端和擠壓輥的中心線對齊;阻抗器的長度大于擠壓輥直徑和感應器長度之和;阻抗器的截面積>70%管材內截面積。

????? ③ 注意事項:選用導磁率高、居里點溫度高的優質磁棒,在使用過程中應保證磁棒的良好冷卻。

????? 2)開口角對焊接的影響

????? 開口角的定義:擠壓輥前管胚兩邊緣的夾角。

????? 開口角的長度和角度與管胚的燒化過程的穩定性有關,對焊接速度和焊接質量影響很大。

????? ① 開口角的作用:影響RV和XV的值,改變V型區域焊縫回路的阻抗值和電流密度。

????? ② 減小開口角時,管胚邊緣之間的距離減小,臨近效應加強, XV減小、 RV增大,焊縫電流密度高,從而提高焊接速度;開口角過小時,焊縫處易放電打火,并且管胚匯合點到擠壓輥中心線的距離加長,從而導致邊緣不是在最高溫度處受到擠壓,焊接質量降低。

????? ③ 注意事項:開口角的長度和大小應適中,過大過小都會影響焊接速度和質量。一般碳鋼為30~50,不銹鋼和有色金屬為50~80;開口角的長度≤鋼管外徑。

????? 3)感應器的設計

????? 感應器制作是否合理直接影響焊接效率,多匝感應器(2~3匝)效果較好,單匝感應器制作簡單。

????? ① 感應器的大小、和擠壓輥之間的距離,以及它與管材的耦合松緊會影響焊機的諧振頻率和輸出功率。

????? ② 感應器的位置:距離擠壓輥中心線較遠時,有效加熱時間長,熱影響區寬,焊縫強度降低;反之邊緣加熱不足,也使焊縫強度降低。

????? ③ 感應器前端距離擠壓輥中心線1~1.5倍管徑最佳(小管取大值)。

圖4? 感應器的設計

????? 4)感應焊與接觸焊的選擇

????? ① 接觸焊的焊接效率高于感應焊,焊接1”以上管材時接觸焊的焊速比感應焊高25~40%。

????? ② 感應焊依靠電磁感應傳遞能量,沒有滑動接觸,因此感應焊對管胚接頭及表面質量要求比較低,管子外表面沒有電流燒上痕跡。

????? ③ 感應焊焊縫質量好,特別是焊道內表面較平整,。

????? ④ 感應焊負載穩定,焊接電流波動小,高頻焊機故障少;接觸焊負載波動、電流不穩定,對高頻焊機不利。

????? ⑤ 感應焊不需要電極,因此省料省時。

????? ⑥ 中小口徑管材采用感應焊,大口徑管材可使用接觸焊來提高產量、減少耗電量。

????? 5)重要結論

????? ① 感應器(1~3匝)的位置:感應器內徑為1.2~1.5倍管外徑;前端至擠壓輥中心線1~1.5倍管徑。

????? ② 磁棒(阻抗器)的位置:前端和擠壓輥中心線對齊;截面積>70%管內徑;

????? 最小長度大于擠壓輥直徑加感應器長度;保證良好冷卻。

????? ③ V型開口角:炭鋼30~50;不銹鋼和有色金屬50~80。

????? 注:

????? 焊接工藝參數會影響固態焊機的負載匹配狀態,影響焊機的功率輸出和效率。

????? 嚴重的工藝參數不合理,會影響固態高頻焊機的使用壽命和安全性。


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