Controlando a eficiência ideal durante a soldagem de alta frequência de tubos de aço

EmSoldadura de alta frequência das tubulações de aço,A potência de soldagem normalmente excede 100 kW, sendo 80% dessa potência consumida pelo aquecimento da bobina, impedância e aquecimento dos rolos de prensa e tubos de aço. Portanto, minimizar a perda de energia reside na concepção ideal da bobina, impedância e configuração do moinho. Em muitos casos, otimizar o processo de soldagem pode reduzir a perda de energia em 50%, melhorando a qualidade da solda, reduzindo o tempo de inatividade e aumentando a produção.

1. Mecanismo de soldagem de alta frequência
O mecanismo de soldagem de alta freqüência é o seguinte: a tensão é aplicada às bordas da abertura do tubo de aço e uma corrente de indução é aplicada à junção. Como a corrente flui através da junção, o metal é rapidamente aquecido. A pressão dos rolos de compressão faz com que o metal aquecido e fundido forme uma ligação termicamente extrudida, expulsando as impurezas da solda.

2. Por que escolher a corrente de alta frequência?
Tecnicamente, quando uma corrente de baixa frequência passa por um elemento resistivo, a impedância é a dissipação primária. À medida que a frequência aumenta, o campo magnético se intensifica e a reatância indutiva se torna o fator dominante na impedância, aumentando com a frequência. Durante a soldagem, a bobina de indução, servindo como enrolamento primário, deve ser adequadamente pequena. A potência pode ser ajustada através do acoplamento eletromagnético. As perdas magnéticas causadas pela alta frequência estão relacionadas ao número de voltas da bobina e à corrente. Por exemplo, soldar um tubo de aço com uma fonte de alimentação de 60Hz requer uma bobina com centenas de voltas e milhares de amperes de corrente. A soldagem de alta frequência, por outro lado, normalmente requer apenas uma a três voltas e centenas de amperes de corrente. Além disso, a soldagem de alta frequência é mais propícia à ocorrência de efeitos de pele e proximidade.

3. Eficiência operacional
A baixa eficiência da soldagem de alta frequência pode ser atribuída ao mau posicionamento da bobina de indução e do resistor. Quando a tensão é aplicada à borda de um tubo de aço, parte da corrente flui ao longo da borda da tira através da zona em forma de V, aquecendo a borda. Outra parte da corrente flui através da superfície do anel interno do tubo aberto e retorna através da superfície do anel externo, resultando em perda de energia. A quantidade de corrente que flui através da zona em forma de V e da superfície do anel interno depende de sua impedância. Encurtar o comprimento da zona em forma de V e mantê-la próxima pode reduzir a impedância desse caminho. Inversamente, aumentar a impedância aumenta a perda térmica. O comprimento da zona em forma de V tem um impacto maior na eficiência da zona de aquecimento do que a frequência. Bobinas de trabalho curtas e diâmetros de tubos maiores podem aumentar a impedância interna do tubo. Colocar um dispositivo de impedância dentro do tubo também aumenta a impedância interna.

Condição 4. Edge
As rebarbas ou formas irregulares nas bordas da tira na zona V aumentam a perda de calor da soldagem, a extrusão e os grânulos de solda irregulares, o que pode facilmente levar a defeitos de solda. A a C representam más condições de borda: as superfícies internas das tiras convergem primeiro na zona V, permitindo que uma grande quantidade de corrente flua através das superfícies internas, causando aquecimento excessivo e derretimento do metal na área de solda, resultando em um grande número de esferas de solda. Para alcançar a penetração total da parede do tubo, é necessário um alto consumo de energia. D a F representam condições de borda de solda relativamente boas, com as bordas da tira paralelas na zona V.

5. Forma da V-zona
Do ponto de vista de maximizar a eficiência, a zona V deve ser o mais curta possível (para reduzir as perdas de condução). No entanto, na produção real, um certo tamanho de rolo de compressão é instalado na zona V, posicionando a bobina de indução longe do ápice da zona V. Além disso, a espessura da parede do tubo também afeta o comprimento da zona V. A corrente de alta frequência primeiro aquece a zona em forma de V na junção das duas bordas da tira, criando uma zona aquecida em forma de funil. Se a zona em forma de V for muito curta, as bordas da tira serão aquecidas de forma desigual, resultando em soldagem incompleta, sobrequeima e descarbonetação da zona de solda. O aquecimento da zona em forma de V começa na bobina de indução. Geralmente, é inadequado medir o comprimento da zona em forma de V com base na distância entre a extremidade da bobina de indução e a junção das bordas da tira. O comprimento da zona em forma de V deve ser medido a partir do meio da bobina de indução até a junção (geralmente 1,5 vezes o diâmetro do tubo). No entanto, o comprimento da zona em forma de V de tubos de aço de grande diâmetro e tubos de aço de paredes finas deve ser reduzido, enquanto o comprimento da zona em forma de V de tubos de aço soldados com menos de φ 25,4mm (1 ") deve ser aumentado devido ao tamanho estrutural do rolo de extrusão. O tamanho do ângulo de convergência dos dois lados da tira em forma de V também afeta a eficiência da soldagem. Um ângulo de convergência menor requer uma potência de soldagem menor, que não apenas concentra o efeito de proximidade, mas também ajuda a reduzir o fluxo magnético na impedância e resolve o problema de espaço limitado para colocação de impedância a uma determinada velocidade de soldagem. No entanto, um ângulo de convergência muito pequeno pode facilmente levar a "faíscas" e agravar a instabilidade da tira no quadro e o desgaste do rolo. De um modo geral, o ângulo de convergência ideal para soldar aço carbono é 3 ° ~ 4 °, e o ângulo de convergência mais alto para soldar aço inoxidável e metais não ferrosos é 3 ° ~ 4 °. O ângulo de confluência ideal é 5 ° a 8 °.

6. Impedância Dispositivo Colocação
A função do dispositivo de impedância é fornecer alta impedância atual dentro do tubo de aço, concentrando mais corrente dentro da região em forma de V. Simultaneamente, concentra o campo magnético de acordo com a corrente na bobina de trabalho, concentrando a maior parte da energia atual na região em forma de V do tubo de aço. Um parâmetro chave do dispositivo de impedância são as propriedades magnéticas. Ímãs com a maior densidade de fluxo possível e características de oscilação e as menores perdas eletromagnéticas possíveis devem ser selecionados. No entanto, esses requisitos às vezes são incompatíveis, exigindo que o operador possua conhecimento suficiente das operações de soldagem e do projeto do circuito eletromagnético. A colocação do dispositivo de impedância é crucial. Se for colocado muito perto do ponto de confluência, enquanto alcança alta eficiência, também é altamente suscetível a danos. Portanto, o impedidor é geralmente colocado dentro do tubo de aço, deixando uma lacuna igual à espessura da parede do tubo da superfície interna. A maioria das unidades pequenas instala o impulsor na parte inferior do tubo. Essa colocação não apenas reduz a eficiência da soldagem, mas também a torna suscetível a arrastar quando o tubo é movido. O campo magnético do impedidor deve estender-se desde o centro da bobina de indução até o ponto de extrusão. O comprimento mínimo do impulsor é o diâmetro do rolo de extrusão mais o comprimento da bobina de indução. Alguns operadores usam a extremidade dianteira do impulsor como a posição ideal, resultando em grandes esferas de solda. Embora isso prolongue a vida útil do impedidor, também aumenta o consumo de energia.

7. indução bobina Design
Usar dispositivos de baixa tensão e alta corrente é mais seguro na soldagem de estado sólido. Como o consumo de energia da bobina de trabalho é proporcional ao valor atual, mesmo com baixa resistência da bobina, a dissipação de energia ainda é alta. Portanto, para reduzir a resistência, as bobinas de indução são tipicamente feitas soldando placas de cobre sem oxigênio com tubos de resfriamento.

Frequência 8. Welding
A alta frequência utilizada para soldar tubos de aço é entre 80 e 800 kHz. Embora essa faixa de frequência tenha um impacto mínimo na zona de aquecimento, ela ainda tem um impacto direto na qualidade do aquecimento. A impedância tem um impacto maior na eficiência da soldagem do que a frequência, mas as perdas de impedância aumentam com o aumento da frequência, dificultando o resfriamento do elemento de impedância. As altas frequências são adequadas para a produção de tubos de aço de pequeno diâmetro, enquanto as baixas frequências são adequadas para tubos de grande diâmetro. A melhor abordagem é ter uma frequência de soldagem ajustável.