Contrôle de l'efficacité optimale lors du soudage à haute fréquence de tuyaux en acier

DansSoudage à haute fréquence de tuyaux en acier,La puissance de soudage dépasse généralement 100 kW, avec 80% de cette puissance consommée par le chauffage de la bobine, l'impédance et le chauffage des rouleaux de presse et des tuyaux en acier. Par conséquent, minimiser la perte de puissance réside dans la conception optimale de la bobine, de l'impédance et de la configuration du broyeur. Dans de nombreux cas, l'optimisation du processus de soudage peut réduire la perte de puissance de 50%, améliorer la qualité de la soudure, réduire les temps d'arrêt et augmenter la production.

1. mécanisme de soudage à haute fréquence
Le mécanisme de soudage à haute fréquence est le suivant: une tension est appliquée aux bords de l'ouverture du tuyau en acier et un courant d'entraînement par induction est appliqué à la jonction. Comme le courant circule à travers la jonction, le métal est rapidement chauffé. La pression des rouleaux de compression provoque le métal chauffé et fondu pour former une liaison extrudée thermiquement, expulsant les impuretés de la soudure.

2. pourquoi choisir le courant à haute fréquence?
Techniquement, lorsqu'un courant basse fréquence traverse un élément résistif, l'impédance est la dissipation primaire. À mesure que la fréquence augmente, le champ magnétique s'intensifie et la réactance inductive devient le facteur dominant de l'impédance, augmentant avec la fréquence. Pendant le soudage, la bobine d'induction, servant d'enroulement primaire, doit être correctement petite. La puissance peut être ajustée par couplage électromagnétique. Les pertes magnétiques causées par la haute fréquence sont liées au nombre de tours de bobine et au courant. Par exemple, le soudage d'un tuyau en acier avec une alimentation de 60Hz nécessite une bobine avec des centaines de tours et des milliers d'ampères de courant. Le soudage à haute fréquence, d'autre part, ne nécessite généralement qu'un à trois tours et des centaines d'ampères de courant. En outre, le soudage à haute fréquence est plus propice à l'apparition d'effets de peau et de proximité.

3. Efficacité opérationnelle
La faible efficacité du soudage à haute fréquence peut être attribuée à un mauvais positionnement de la bobine d'induction et de la résistance. Lorsque la tension est appliquée au bord d'un tuyau en acier, une partie du courant circule le long du bord de la bande à travers la zone en forme de V, chauffant le bord. Une autre partie du courant circule à travers la surface intérieure de la bague du tuyau ouvert et retourne à travers la surface extérieure de la bague, entraînant une perte de puissance. La quantité de courant circulant à travers la zone en forme de V et la surface de la bague intérieure dépend de leur impédance. Le fait de raccourcir la longueur de la zone en forme de V et de la maintenir rapprochée peut réduire l'impédance de ce chemin. Inversement, l'augmentation de l'impédance augmente la perte de chaleur. La longueur de la zone en forme de V a un impact plus important sur l'efficacité de la zone de chauffage que la fréquence. Les bobines de travail courtes et les diamètres de tuyau plus grands peuvent tous deux augmenter l'impédance interne du tuyau. Le placement d'un dispositif d'impédance à l'intérieur du tuyau augmente également l'impédance interne.

4. état de bord
Les bavures ou les formes irrégulières sur les bords de bande dans la V-zone augmentent la perte de chaleur de soudure, l'extrusion, et les perles de soudure irrégulières, qui peuvent facilement mener aux défauts de soudure. A à C représentent de mauvaises conditions de bord: les surfaces internes des bandes convergent d'abord dans la zone en V, permettant à une grande quantité de courant de circuler à travers les surfaces internes, provoquant un chauffage excessif et la fusion du métal dans la zone de soudure, entraînant un grand nombre de cordons de soudure. Pour obtenir une pénétration complète de la paroi du tuyau, une consommation d'énergie élevée est nécessaire. D à F représentent des conditions de bord de soudure relativement bonnes, avec les bords de bande en butée parallèles dans la zone en V.

5. forme de V-zone
Du point de vue de l'optimisation de l'efficacité, la zone V doit être aussi courte que possible (pour réduire les pertes de conduction). Cependant, dans la production réelle, une certaine taille de rouleau de compression est installée dans la zone V, positionnant la bobine d'induction à l'écart du sommet de la zone V. En outre, l'épaisseur de paroi de tuyau affecte également la longueur de la V-zone. Le courant haute fréquence chauffe d'abord la zone en forme de V à la jonction des deux bords de la bande, créant une zone chauffée en forme d'entonnoir. Si la zone en forme de V est trop courte, les bords de la bande seront inégalement chauffés, ce qui entraînera un soudage incomplet, une surchauffe et une décarburation de la zone de soudure. Le chauffage de la zone en forme de V commence au niveau de la bobine d'induction. Il est généralement inapproprié de mesurer la longueur de la zone en forme de V sur la base de la distance entre l'extrémité de la bobine d'induction et la jonction des bords de la bande. La longueur de la zone en forme de V doit être mesurée du milieu de la bobine d'induction à la jonction (généralement 1,5 fois le diamètre du tuyau). Cependant, la longueur de la zone en forme de V des tuyaux en acier de grand diamètre et des tuyaux en acier à paroi mince doit être réduite, tandis que la longueur de la zone en forme de V des tuyaux en acier soudés inférieure à φ 25.4mm (1 ") doit être augmentée en raison de la taille structurelle du rouleau d'extrusion. La taille de l'angle de convergence des deux côtés de la bande en forme de V affecte également l'efficacité de soudage. Un angle de convergence plus petit nécessite une puissance de soudage plus faible, ce qui non seulement concentre l'effet de proximité, mais contribue également à réduire le flux magnétique dans l'impédance et à résoudre le problème de l'espace limité pour le placement d'impédance à une certaine vitesse de soudage. Cependant, un angle de convergence trop faible peut facilement conduire à des "étincelles" et aggraver l'instabilité de la bande dans le cadre et l'usure du rouleau. De manière générale, l'angle de convergence optimal pour le soudage de l'acier au carbone est de 3 ° à 4 °, et l'angle de convergence plus élevé pour le soudage de l'acier inoxydable et des métaux non ferreux est de 3 ° à 4 °. L'angle de confluence idéal est de 5 ° à 8 °.

6. Placement du dispositif d'impédance
La fonction du dispositif d'impédance est de fournir une impédance de courant élevée dans le tuyau en acier, en concentrant plus de courant dans la région en forme de V. Simultanément, il concentre le champ magnétique en fonction du courant dans la bobine de travail, concentrant la majorité de l'énergie actuelle dans la région en forme de V du tuyau en acier. Un paramètre clé du dispositif d'impédance est les propriétés magnétiques. Les aimants présentant les caractéristiques de densité de flux et d'oscillation les plus élevées possibles et les pertes électromagnétiques les plus faibles possibles doivent être sélectionnés. Cependant, ces exigences sont parfois incompatibles, ce qui oblige l'opérateur à posséder une connaissance suffisante des opérations de soudage et de la conception des circuits électromagnétiques. Le placement du dispositif d'impédance est crucial. S'il est placé trop près du point de confluence, tout en obtenant un rendement élevé, il est également très susceptible d'être endommagé. Par conséquent, l'obstacle est généralement placé à l'intérieur du tuyau en acier, laissant un espace égal à l'épaisseur de paroi du tuyau à partir de la surface intérieure. La plupart des petites unités installent la roue au bas du tuyau. Ce placement réduit non seulement l'efficacité du soudage, mais le rend également susceptible de glisser lorsque le tuyau est déplacé. Le champ magnétique de l'obstacle doit s'étendre du centre de la bobine d'induction au point d'extrusion. La longueur minimale de la roue est le diamètre du rouleau d'extrusion plus la longueur de la bobine d'induction. Certains opérateurs utilisent l'extrémité avant de la roue comme position optimale, ce qui entraîne de gros cordons de soudure. Bien que cela prolonge la durée de vie de l'obstacle, cela augmente également la consommation d'énergie.

7. conception de bobine d'induction
L'utilisation de dispositifs à basse tension et à courant élevé est plus sûre dans le soudage à l'état solide. Étant donné que la consommation d'énergie de la bobine de travail est proportionnelle à la valeur actuelle, même avec une faible résistance de bobine, la dissipation de puissance est toujours élevée. Par conséquent, pour réduire la résistance, les bobines d'induction sont généralement fabriquées par brasage de plaques de cuivre sans oxygène avec des tubes de refroidissement.

8. fréquence de soudage
La haute fréquence utilisée pour le soudage des tubes en acier est comprise entre 80 et 800 kHz. Bien que cette gamme de fréquences ait un impact minimal sur la zone de chauffage, elle a toujours un impact direct sur la qualité de chauffage. L'impédance a un impact plus important sur l'efficacité du soudage que la fréquence, mais les pertes d'impédance augmentent avec la fréquence, ce qui rend plus difficile d'assurer le refroidissement de l'élément d'impédance. Les hautes fréquences conviennent à la production de tuyaux en acier de petit diamètre, tandis que les basses fréquences conviennent aux tuyaux de grand diamètre. La meilleure approche consiste à avoir une fréquence de soudage réglable.