Контроль оптимальной эффективности при высокочастотной сварке стальных труб

ВВысокочастотная сварка стальных труб,Сварочная мощность обычно превышает 100 кВт, причем 80% этой мощности потребляется за счет нагрева змеевика, импеданса и нагрева пресс-валков и стальных труб. Таким образом, минимизация потерь мощности заключается в оптимальном проектировании катушки, импеданса и конфигурации мельницы. Во многих случаях оптимизация процесса сварки может снизить потери мощности на 50%, улучшить качество сварки, сократить время простоя и увеличить производство.

1. Высокочастотный сварочный механизм.
Механизм высокочастотной сварки заключается в следующем: напряжение подается на края отверстия стальной трубы, а индукционный ток возбуждения подается на соединение. Когда ток протекает через соединение, металл быстро нагревается. Давление от сдавливаемых валков приводит к тому, что нагретый и расплавленный металл образует термически экструдированную связь, удаляя примеси из сварного шва.

2. Почему выбирают высокочастотный ток?
Технически, когда низкочастотный ток проходит через резистивный элемент, импеданс является основным диссипацией. По мере увеличения частоты магнитное поле усиливается, и индуктивное реактивное сопротивление становится доминирующим фактором импеданса, увеличивающегося с частотой. Во время сварки индукционная катушка, служащая в качестве первичной обмотки, должна быть соответствующей небольшой. Мощность можно регулировать с помощью электромагнитной связи. Магнитные потери, вызванные высокой частотой, связаны с количеством витков катушки и током. Например, сварка стальной трубы с источником питания 60 Гц требует катушки с сотнями оборотов и тысячами ампер тока. Высокочастотная сварка, с другой стороны, обычно требует только от одного до трех оборотов и сотен ампер тока. Кроме того, высокочастотная сварка более способствует возникновению эффектов кожи и близости.

3. Оперативная эффективность
Низкая эффективность высокочастотной сварки может быть связана с плохим позиционированием индукционной катушки и резистора. Когда напряжение подается на край стальной трубы, часть тока протекает по краю полосы через V-образную зону, нагревая край. Другая часть тока протекает через внутреннюю поверхность кольца открытой трубы и возвращается через внешнюю поверхность кольца, что приводит к потере мощности. Количество тока, протекающего через V-образную зону и внутреннюю поверхность кольца, зависит от их импеданса. Сокращение длины V-образной зоны и удержание ее близко друг к другу может уменьшить импеданс этого пути. И наоборот, увеличение импеданса увеличивает потери тепла. Длина V-образной зоны оказывает большее влияние на эффективность зоны нагрева, чем частота. Короткие работая катушки и более большие диаметры трубы могут оба увеличить внутреннее сопротивление трубы. Размещение устройства импеданса внутри трубы также увеличивает внутреннее сопротивление.

4. Состояние края
Заусенцы или неправильные формы на краях полосы в V-зоне увеличивают потери тепла при сварке, экструзию и нерегулярные сварные шарики, что может легко привести к дефектам сварки. A через C представляют плохие условия кромки: внутренние поверхности полос сходятся сначала в V-зоне, позволяя большому количеству тока протекать через внутренние поверхности, вызывая чрезмерный нагрев и плавление металла в зоне сварки, что приводит к большому количеству сварных шариков. Чтобы добиться полного проникновения в стенку трубы, необходимо высокое энергопотребление. D-F представляют собой относительно хорошие условия сварной кромки, при этом кромки полосы стыкуются параллельно в V-зоне.

5. Форма V-зоны
С точки зрения максимизации эффективности V-зона должна быть как можно короче (чтобы уменьшить потери проводимости). Однако, в фактическом производстве, некоторый размер ролика выжимкы установлен в V-зоне, располагая катушку индукции далеко от верха V-зоны. Кроме того, толщина стенки трубы также влияет на длину V-зоны. Высокочастотный ток сначала нагревает V-образную зону на стыке двух краев полосы, создавая воронкообразную зону нагрева. Если V-образная зона слишком короткая, края полосы будут неравномерно нагреваться, что приведет к неполной сварке, перегреву и обезкарбюризации зоны сварного шва. Нагрев V-образной зоны начинается с индукционной катушки. Как правило, нецелесообразно измерять длину V-образной зоны на основе расстояния от конца индукционной катушки до места соединения краев полосы. Длина V-образной зоны должна измеряться от середины индукционной катушки до соединения (обычно в 1,5 раза больше диаметра трубы). Однако длина V-образной зоны стальных труб большого диаметра и тонкостенных стальных труб должна быть уменьшена, в то время как длина V-образной зоны сварных стальных труб менее φ 25,4 мм (1 ") должна быть увеличена из-за структурного размера экструзионного ролика. Размер угла сходимости 2 сторон В-образной прокладки также влияет на эффективность заварки. Меньший угол сходимости требует меньшей сварочной мощности, которая не только концентрирует эффект близости, но также помогает уменьшить магнитный поток в импедансе и решить проблему ограниченного пространства для размещения импеданса при определенной скорости сварки. Однако слишком малый угол схождения может легко привести к «искрам» и усугубить нестабильность полосы в раме и износ ролика. Вообще говоря, оптимальный угол сходимости для сваривая стали углерода 3 ° ~ 4 °, и более высокий угол сходимости для сваривая нержавеющей стали и цветных металлов 3 ° ~ 4 °. Идеальный угол слияния составляет от 5 ° до 8 °.

6. Размещение устройства импеданса
Функция импедансного устройства заключается в обеспечении высокого импеданса тока в стальной трубе, концентрируя больше тока в V-образной области. Одновременно он концентрирует магнитное поле в соответствии с током в рабочей катушке, концентрируя большую часть текущей энергии в V-образной области стальной трубы. Ключевым параметром импедансного устройства являются магнитные свойства. Следует выбирать магниты с максимально возможной плотностью потока и характеристиками колебаний, а также с минимально возможными электромагнитными потерями. Однако эти требования иногда несовместимы, требуя, чтобы оператор обладал достаточными знаниями сварочных операций и проектирования электромагнитных цепей. Размещение импедансного устройства имеет решающее значение. Если он размещен слишком близко к точке слияния, при этом достигается высокая эффективность, он также очень восприимчив к повреждениям. Поэтому импедер обычно помещается внутри стальной трубы, оставляя зазор, равный толщине стенки трубы от внутренней поверхности. Большинство небольших агрегатов устанавливают рабочее колесо в нижней части трубы. Это размещение не только снижает эффективность сварки, но и делает его восприимчивым к перетаскиванию при перемещении трубы. Магнитное поле импедера должно простираться от центра индукционной катушки до точки экструзии. Минимальная длина рабочего колеса-это диаметр экструзионного ролика плюс длина индукционной катушки. Некоторые операторы используют передний конец рабочего колеса в качестве оптимального положения, что приводит к большим сварным швам. Хотя это продлевает срок службы импедера, это также увеличивает энергопотребление.

7. Конструкция индукционной катушки
Использование низковольтных, сильноковых устройств безопаснее при твердотельной сварке. Поскольку потребляемая мощность рабочей катушки пропорциональна текущему значению, даже при низком сопротивлении катушки рассеиваемая мощность все еще высока. Поэтому, чтобы уменьшить сопротивление, индукционные катушки обычно изготавливаются путем пайки бескислородных медных пластин с охлаждающими трубками.

8. Частота сварки
Высокая частота, используемая для сварки стальных труб, составляет от 80 до 800 кГц. Хотя этот частотный диапазон оказывает минимальное влияние на зону нагрева, он все же оказывает прямое влияние на качество нагрева. Импеданс оказывает большее влияние на эффективность сварки, чем частота, но потери импеданса увеличиваются с увеличением частоты, что затрудняет охлаждение элемента импеданса. Высокие частоты подходят для производства стальных труб малого диаметра, в то время как низкие частоты подходят для труб большого диаметра. Лучший подход-иметь регулируемую частоту сварки.