Controlar la eficiencia óptima durante la soldadura de alta frecuencia de tuberías de acero

EnSoldadura de alta frecuencia de tubos de acero,La potencia de soldadura generalmente excede los 100 kW, con el 80% de esta potencia consumida por el calentamiento de la bobina, la impedancia y el calentamiento de los rodillos de prensa y la tubería de acero. Por lo tanto, minimizar la pérdida de potencia radica en diseñar de manera óptima la bobina, la impedancia y la configuración del molino. En muchos casos, optimizar el proceso de soldadura puede reducir la pérdida de energía en un 50%, mejorar la calidad de la soldadura, reducir el tiempo de inactividad y aumentar la producción.

1. mecanismo de soldadura de alta frecuencia
El mecanismo de la soldadura de alta frecuencia es el siguiente: se aplica voltaje a los bordes de la abertura de la tubería de acero y se aplica una corriente de conducción de inducción a la unión. A medida que la corriente fluye a través de la unión, el metal se calienta rápidamente. La presión de los rodillos de compresión hace que el metal calentado y fundido forme una unión térmicamente extruida, expulsando las impurezas de la soldadura.

2. ¿Por qué elegir corriente de alta frecuencia?
Técnicamente, cuando una corriente de baja frecuencia pasa a través de un elemento resistivo, la impedancia es la disipación primaria. A medida que aumenta la frecuencia, el campo magnético se intensifica, y la reactancia inductiva se convierte en el factor dominante en la impedancia, aumentando con la frecuencia. Durante la soldadura, la bobina de inducción, que sirve como el devanado primario, debe ser apropiadamente pequeña. La potencia se puede ajustar a través de acoplamiento electromagnético. Las pérdidas magnéticas causadas por la alta frecuencia están relacionadas con el número de vueltas de la bobina y la corriente. Por ejemplo, la soldadura de una tubería de acero con una fuente de alimentación de 60Hz requiere una bobina con cientos de vueltas y miles de amperios de corriente. La soldadura de alta frecuencia, por otro lado, generalmente requiere solo de una a tres vueltas y cientos de amperios de corriente. Además, la soldadura de alta frecuencia es más propicia para la aparición de efectos de piel y proximidad.

3. Eficiencia operativa
La baja eficiencia de la soldadura de alta frecuencia se puede atribuir a un mal posicionamiento de la bobina de inducción y la resistencia. Cuando se aplica voltaje al borde de una tubería de acero, parte de la corriente fluye a lo largo del borde de la tira a través de la zona en forma de V, calentando el borde. Otra parte de la corriente fluye a través de la superficie del anillo interior de la tubería abierta y regresa a través de la superficie del anillo exterior, lo que resulta en una pérdida de potencia. La cantidad de corriente que fluye a través de la zona en forma de V y la superficie del anillo interior depende de su impedancia. Acortar la longitud de la zona en forma de V y mantenerla cerca puede reducir la impedancia de esta trayectoria. Por el contrario, aumentar la impedancia aumenta la pérdida de calor. La longitud de la zona en forma de V tiene un mayor impacto en la eficiencia de la zona de calentamiento que la frecuencia. Las bobinas de trabajo cortas y los diámetros de tubería más grandes pueden aumentar la impedancia interna de la tubería. La colocación de un dispositivo de impedancia dentro de la tubería también aumenta la impedancia interna.

Condición 4. Edge
Las rebabas o las formas irregulares en los bordes de la tira en la zona en V aumentan la pérdida de calor de soldadura, la extrusión y los cordones de soldadura irregulares, lo que puede conducir fácilmente a defectos de soldadura. A a C representan condiciones de borde pobres: las superficies internas de las tiras convergen primero en la zona V, permitiendo que una gran cantidad de corriente fluya a través de las superficies internas, causando un calentamiento excesivo y fusión del metal en el área de soldadura, lo que resulta en un gran número de cordones de soldadura. Para lograr una penetración completa de la pared de la tubería, es necesario un alto consumo de energía. D a F representan condiciones de borde de soldadura relativamente buenas, con los bordes de la tira a tope paralelos en la zona en V.

5. Forma de la V-zona
Desde la perspectiva de maximizar la eficiencia, la zona V debe ser lo más corta posible (para reducir las pérdidas de conducción). Sin embargo, en la producción real, se instala un cierto tamaño de rodillo de compresión en la zona V, colocando la bobina de inducción lejos del vértice de la zona V. Además, el espesor de la pared de la tubería también afecta a la longitud de la zona en V. La corriente de alta frecuencia calienta primero la zona en forma de V en la unión de los dos bordes de la tira, creando una zona calentada en forma de embudo. Si la zona en forma de V es demasiado corta, los bordes de la tira se calentarán de manera desigual, lo que dará como resultado una soldadura incompleta, una combustión excesiva y una descarburación de la zona de soldadura. El calentamiento de la zona en forma de V comienza en la bobina de inducción. En general, es inapropiado medir la longitud de la zona en forma de V basándose en la distancia desde el extremo de la bobina de inducción hasta la unión de los bordes de la tira. La longitud de la zona en forma de V debe medirse desde el centro de la bobina de inducción hasta la unión (generalmente 1,5 veces el diámetro de la tubería). Sin embargo, la longitud de la zona en forma de V de tubos de acero de gran diámetro y tubos de acero de pared delgada debe reducirse, mientras que la longitud de la zona en forma de V de tubos de acero soldados de menos de φ 25,4mm (1 ") debe aumentarse debido al tamaño estructural del rodillo de extrusión. El tamaño del ángulo de convergencia de los dos lados de la tira en forma de V también afecta la eficiencia de la soldadura. Un ángulo de convergencia más pequeño requiere una potencia de soldadura más pequeña, que no solo concentra el efecto de proximidad, sino que también ayuda a reducir el flujo magnético en la impedancia y resuelve el problema del espacio limitado para la colocación de impedancia a una cierta velocidad de soldadura. Sin embargo, un ángulo de convergencia demasiado pequeño puede conducir fácilmente a "chispas" y agravar la inestabilidad de la tira en el marco y el desgaste del rodillo. En términos generales, el ángulo de convergencia óptimo para soldar acero al carbono es de 3 ° ~ 4 °, y el ángulo de convergencia más alto para soldar acero inoxidable y metales no ferrosos es de 3 ° ~ 4 °. El ángulo de confluencia ideal es de 5 ° a 8 °.

6. colocación del dispositivo de la impedancia
La función del dispositivo de impedancia es proporcionar alta impedancia de corriente dentro de la tubería de acero, concentrando más corriente dentro de la región en forma de V. Simultáneamente, concentra el campo magnético de acuerdo con la corriente en la bobina de trabajo, concentrando la mayoría de la energía actual dentro de la región en forma de V de la tubería de acero. Un parámetro clave del dispositivo de impedancia son las propiedades magnéticas. Se deben seleccionar imanes con la densidad de flujo y las características de oscilación más altas posibles, y las pérdidas electromagnéticas más bajas posibles. Sin embargo, estos requisitos son a veces incompatibles, requiriendo que el operador posea suficiente conocimiento de las operaciones de soldadura y el diseño del circuito electromagnético. La colocación del dispositivo de impedancia es crucial. Si se coloca demasiado cerca del punto de confluencia, mientras logra una alta eficiencia, también es altamente susceptible al daño. Por lo tanto, el impedidor generalmente se coloca dentro de la tubería de acero, dejando un espacio igual al grosor de la pared de la tubería desde la superficie interna. La mayoría de las unidades pequeñas instalan el impulsor en la parte inferior de la tubería. Esta colocación no solo reduce la eficiencia de la soldadura, sino que también la hace susceptible al arrastre cuando se mueve la tubería. El campo magnético del impededor debe extenderse desde el centro de la bobina de inducción hasta el punto de extrusión. La longitud mínima del impulsor es el diámetro del rodillo de extrusión más la longitud de la bobina de inducción. Algunos operadores usan el extremo frontal del impulsor como la posición óptima, lo que resulta en grandes cordones de soldadura. Si bien esto extiende la vida útil del impedidor, también aumenta el consumo de energía.

7. diseño de la bobina de inducción
El uso de dispositivos de baja tensión y alta corriente es más seguro en la soldadura de estado sólido. Dado que el consumo de energía de la bobina de trabajo es proporcional al valor actual, incluso con una baja resistencia de la bobina, la disipación de potencia sigue siendo alta. Por lo tanto, para reducir la resistencia, las bobinas de inducción se fabrican típicamente mediante soldadura fuerte de placas de cobre sin oxígeno con tubos de enfriamiento.

8. frecuencia de soldadura
La alta frecuencia utilizada para soldar tubos de acero está entre 80 y 800 kHz. Si bien este rango de frecuencia tiene un impacto mínimo en la zona de calentamiento, todavía tiene un impacto directo en la calidad de la calefacción. La impedancia tiene un mayor impacto en la eficiencia de soldadura que la frecuencia, pero las pérdidas de impedancia aumentan con el aumento de la frecuencia, lo que dificulta el enfriamiento del elemento de impedancia. Las frecuencias altas son adecuadas para la producción de tubos de acero de diámetro pequeño, mientras que las frecuencias bajas son adecuadas para tubos de gran diámetro. El mejor enfoque es tener una frecuencia de soldadura ajustable.