高頻不銹鋼焊管發展歷程分析

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高頻不銹鋼焊管發展歷程分析

高頻不銹鋼焊管發展歷程分析

來源:310S大口徑耐高溫焊接管 ? 發布:2020-08-30 04:14:25 ? 類別:不銹鋼焊管

高頻焊接是以固體電阻熱為熱源,高頻焊接是利用高頻電流在金屬導體存在的的兩大效應:集膚效應和鄰近效應,從而實現快速焊接。高頻焊接具有下列特點:


 1. 電流高度集中于焊接區,加熱速度極和焊接速度快,焊速可高達150~200 m/min;


 2. 因焊接速度快,焊件自身導熱的冷卻作用強,焊接熱影響區小,有利于焊縫的組織的細化,保證焊縫的性能;


 3. 焊前焊件表面可以不進行清理工作,生產效率高;


 4. 能焊的金屬種類廣,產品的形狀規格多。高頻焊接根據高頻電流在工件中產生熱的方式可分為接觸高頻焊和感應高頻焊。高頻焊生產率高,焊接速度可達30m/分鐘,更適合直焊縫或螺旋縫鋼管的焊接。


一、高頻焊接不銹鋼管的焊接方式


 按高頻焊的兩種焊接方式—高頻接觸焊和高頻感應焊,實際焊管的生產線按這兩種方式設計,所生產的鋼管方式通常又稱為高頻電阻焊(ERW)管和高頻感應焊(HFW)管,但現在的API Spec 5L標準中并不區分兩種焊接方式,均定義為高頻焊管。


 1. 高頻接觸焊


 圖給出了焊管高頻接觸焊(或高頻電阻焊)示意圖,在制管過程中,帶材由成形機組逐漸成型,板邊在接合處匯合形成的“V”形匯合角。高頻電流經“V”形角兩側的電極觸頭導入焊件,在“V”形接觸點形成回路。高頻電流在電極觸頭至匯合點處的板邊產生集膚效應和鄰近效應,使“V”形角兩側兩邊,特別是“V”形接觸點附近的板邊金屬加熱到焊接或熔化溫度,并在擠壓輥的作用下,在匯合點兩接觸面間產生強烈的擠壓,將兩邊的氧化物和雜質被擠出并產生冶金焊合。隨連續管坯不斷地快速送進,在高頻電流和擠壓輥共同作用下,即實現高頻接觸焊連續制管的全過程。為減小無效的分流,提高焊接效率,在焊接管狀焊件時,一般需要在成形的管坯內設置阻抗器,以增加繞管坯內部流動電流的阻抗。接觸高頻電阻焊可焊制直徑小于1220mm、壁厚小于15mm的各種規格的金屬管。


 2. 高頻感應焊


 高頻感應焊制管與高頻電阻焊制管法相比較,最典型的差異是電能的導入方式不同。高頻感應焊制管應用套于管坯上的感應圈,利用電磁效益導入電能。管坯在通過感應線圈時,高頻電流通過感應圈產生的交變磁場在管坯中產生的感應電流,感應電流在管坯“V”形匯聚點板邊的外表面形成回路,構成集膚效應和鄰近效應,在集中電流焦耳熱的作用下,管坯邊緣快速加熱到焊接溫度甚至熔點,在擠壓輥擠壓實現焊接。


 與高頻接觸焊相比,存在部分從管坯的外周表面流向內周表面的感應電流,因該電流只對管坯背面加熱,而對焊接點加熱無關,故稱為無效電流。在管坯內安放阻抗器,用以增加管內壁的電抗,可有效地減小無效電流,提高焊接效率。高頻感應焊管可生產管徑小于220mm、壁厚小于11mm的各種規格的金屬管。


二、高頻焊制管法的優缺點


 與高頻接觸焊相比,高頻感應焊具有如下優點:


 ①. 焊管表面光滑,特別是焊道內表面較平整,適用于焊接鋼管內壁要求平滑的管材。


 ②. 感應圈不與鋼管接觸,對管坯接頭表面質量要求比較低,也就不會引起管子表面燒傷。


 ③. 沒有電極與鋼管表面接觸壓力,就不會造成鋼管表面變形及擦傷,更適宜于制造薄壁管和帶有涂層的鋼管。


 ④. 不需要電極。


 ⑤. 不存電極觸頭的接觸問題,焊接功率及電流穩定。然而,高頻感應焊能量損失較大、在焊接相同規格鋼管時,能耗比接觸焊約提高1倍,焊速約降低1/2~1/3,因而,高頻感應焊更適合于中、小直徑管鋼管的生產。


三、高頻焊接不銹鋼管的發展歷程


  鋼管的生產距今已有近兩百年的歷史。早在十九世紀初期,由于戰爭的需要,人們用鋼板彎成管筒,然后在其搭接邊緣上加熱,并在短心棒上鍛接成管,用以制造炮筒。隨后,這種方法得到較快的發展,在十九世紀二十年代出現了爐焊鋼管法,由此焊管生產才真正進入工業化階段。然而,由于焊管的成型和焊接的技術不完善,焊接鋼管的質量穩定性差;且帶鋼和鋼板產能不足,焊管原料的供應不足,導致焊管產量和應用發展遠落后于無縫管,焊管產量只占整個鋼管產量的很小部分。到二十世紀初,利用霍耳效應的電阻焊接技術開始用于焊管生產,使焊管的質量有了明顯的提高,電阻焊管生產取得了快速的發展,初始焊管的成型技術和裝備得到了較大的改進,連續直縫焊管成型機開始應用,并得到穩步發展和完善。到三十年代末,卡爾?荷爾澤設計出的接觸電阻焊管機已具有現代電焊管機的規模。該機組包括六架成型機架、焊接裝置、三架定徑機和飛剪。


 第二次世界大戰后,接觸交流電焊管生產因美國M系列電焊管機的應用得到快速發展。M系列焊管機設計出了旋轉焊接變壓器,其輸出功率為125、300和500kVA,電流頻率為50~60 Hz,為提高焊接效率,后來采用150-180 Hz。然而,因采用交流電源,使沿焊縫長度因電流強度周期變化很難得到均勻的加熱。即當電流強度到達最大值時,焊縫上相對應的接觸點的加熱溫度可能高于焊接溫度,而當電流為零值時,焊縫上相對應的接觸點則因產生加熱不足或很難到達焊接溫度,因而易于在沿焊縫長度形成焊接與未焊接或者過燒與焊接相互交替分布的狀態,即周期分布的焊點。這也是在后來的鋼管生產提高電流頻率的原因,即提高電流頻率有利于提高焊縫質量,較高頻率的120-360 Hz電源逐漸得到應用。


 直到上世紀五十年代,頻率達450 kHz的高頻電源用于焊管生產,標志焊鋼管進入高頻焊時代。歷經十多年的發展,到六十年代末,形成了完善的生產工藝技術,奠定了現代高頻焊管生產技術的基礎。當進入十九世紀七十年代初,高頻焊接不銹鋼管進入快速發展時期。這種快速發展來自兩個方面:一方面,鋼鐵冶煉、連軋、軋制技術的技術進步,使鋼板的性能提升、成本降低,為鋼管質量的提升和鋼管品種、市場的擴展提供了必要的原料;另一方面,第一次石油危機爆發,油氣開采的快速發展對油井管和管線需求的快速擴張,無縫鋼管供應不足,為焊管的應用提供了市場機遇。在初期僅生產X42、X46等低鋼級鋼管作為無縫鋼管的補充上。隨市場的需求的增加,借鑒先進無縫鋼管的生產線,建成了擁有厚壁管成型、焊接輸入功率自動調控、在線焊縫熱處理、可靠的探傷等設備的專業化能源用焊管機組,高頻焊接不銹鋼管質量顯著提升,不僅可生產高強X60、X65、X70管線管,J55、N80、L80油井管,而且部分生產線還生產高強鎳-釩油井管、抗腐蝕油管和低溫(?60℃)焊管。進入上世紀末,由于油氣需求和開采量的穩定,高頻焊接不銹鋼管的研究和生產也進入穩定期。盡管高頻焊接不銹鋼管在成型、焊接、探傷等自動化、質量檢驗方面的技術有較快的發展和技術突破,但HFW焊管生產基本工藝沒有明顯變化。主要生產工藝如圖所示,包括:自動開卷→自動切頭對焊→螺旋活套→多輥成型→高頻焊接(感應焊或接觸焊)→去除內外毛刺→焊后熱處理→定徑矯直→定尺飛鋸切斷→端面加工→水壓試驗→焊縫探傷等。


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