高频焊的应用实例

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：H型钢高度为101～609.6mm，翼缘宽度为38.1～305mm，腹板厚度为1.6～12.7mm，翼缘厚度为2.4～19mm。

1.螺旋翅片管高频焊

由于翅片管传热面积大、效率高和压降小，使以其为核心元件的各种换热设备在电力、化肥、化工和炼油装置中得到日益广泛应用。

（1）焊接原理翅片管是在无缝钢管外圆上按一定螺距缠绕钢带，钢带垂直于钢管外圆的表面，以高频电流作为热源局部加热接触面及待焊区，同时在翅片管外侧施加顶锻力，实现接触面的固相焊接，如图2-5-15所示。

这里仅就翅片管中焊接难度较大的SA335P91耐热钢管（日本产，相当于国内9Cr-1Mo钢）对06Cr13（山西太钢产）钢带的高频焊简单介绍。

（2）焊前准备管料表面不应有明显凹坑并进行喷砂清理，以去除油、锈等污物；顶锻轮的制备要保证其对钢带的夹持在圆周方向上松紧均匀适度（有0.1～0.2mm余量），内件相对转动轻松自如；电极极身与触头间的焊接牢固可靠，冷却顺畅，无泄漏。

图2-5-15 螺旋翅片管焊接原理

1—无缝钢管 2—钢带 3—电极

（3）焊接参数化工行业《HG/T 3181—2009高频电阻焊螺旋翅片管》及机械行业《JB/T6512—1992高频电阻焊螺旋翅片管》锅炉用制造技术条件等标准。而对P91-0Cr13翅片管焊缝的金相分析表明（图2-5-16），翅片钢管的交界处还有清晰的分界线，并可看到焊道翅片两旁钢带熔渣的堆积现象。这主要因为：高频焊属固相连接；翅片与钢管为异质材料；不对称钢体焊接存在一根本性问题，即钢带上电流集中，容易达到焊接温度，而钢管上电流太分散，不容易集中，钢管温度往往低于钢带的温度，影响焊接质量及焊接效率；顶锻轮的分流和触头电极位置偏离等。因此，翅片管焊接参数的优化和监控至关重要，具体数据见表2-5-8。

图2-5-16 焊缝金相图

表2-5-8 焊接参数

（4）焊接检验主要检查如下项目。

1）外观检验：焊后进行外观检验，见表2-5-9，结果满足标准要求。

2）焊着率检验：将翅片管剥开2～3圈，每120°测1次，依据焊着率=实际焊缝宽度/钢带名义厚度，检测结果为97%～106%，满足标准要求。

3）金相检验：管侧从接合面起，金相组织依次为：淬火+回火组织（回火马氏体M），不完全正火组织（原组织铁素体F+正火铁素体F′+正火珠光体P′）及原正火组织（铁素体F+珠光体P），同时，未发现夹渣、未熔合和裂纹等宏观缺陷，如图2-5-17所示。

表2-5-9 翅片管外观检测表

应该指出，淬火区的马氏体已发生回火转变，因此焊后不再需要进行热处理，这是因为管子淬火冷却后在随后的翅片焊接中又受到重复受热，相当于回火处理。因此淬火组织已完全转变成回火组织，消除了淬硬裂纹产生的可能性，因此没有必要再重复进行回火处理。

图2-5-17 管侧金相图

4）力学性能检验：根据产品制造技术要求和Q/SH.MM.25—2000标准对翅片管焊接接头做抗拉强度、抗冲击性能、水压（12MPa）试验，试验结果均可满足要求。

2.轻型H型钢高频焊生产线

H型钢又叫做宽翼缘工字钢，是现代建筑、桥梁和机械设备中广泛应用的一种型钢。由于用量大，各国都已进行规格化和系列化定型大量生产。

国外某公司用高频电阻焊（接触法）方法生产的不同断面（图2-5-18）的轻型H型钢，材质为普通碳素结构钢和高强度结构钢。H型钢高度为101～609.6mm，翼缘宽度为38.1～305mm，腹板厚度为1.6～12.7mm，翼缘厚度为2.4～19mm。可以是对称断面，也可以是非对称断面；可以是同质材料，也可以是异质钢材。高频焊机发生器的频率为960Hz、3000Hz和10000Hz；焊接高度为305mm的H型钢的焊机功率为280kW；焊接高度为533mm的H型钢，高频焊机功率为560kW。

图2-5-18 不同断面类型的轻型H型钢

a）不同钢种 b）不等宽翼缘 c）超高腹板d ）特厚翼缘 e）不等厚翼缘

焊接是利用高频电流流经焊接区加热同时加压后完成的，图2-5-19为焊接电流导流图。焊接时，通过滑动触头（电极）1将电压为50～200V、频率为450kHz的高频电流传递给一个翼缘板，该电流沿着翼缘板和腹板端面V形区（开角4°～7°）流过，然后通过在腹板上的导流滑动触头（辅助电极）2流经腹板另一端面V形区后由滑动触头（电极）3流出，形成焊接回路。注意，由于翼缘板较厚，调整触头位置以使热量分布合适是很重要的。同时，焊前必须对腹板的边缘进行冷镦粗处理，只有镦粗才能保证T形焊缝处、腹板全厚和翼缘板焊合良好，去飞边后可得到全焊透的合格接头（图2-5-20b）。而没有进行镦粗处理时，则只能焊合腹板厚度的80%～85%（图2-5-20a）。

高频电阻焊H型钢机组组成如图2-5-21所示，生产过程如下：上翼缘板、腹板和下翼缘板的卷钢坯料分别在卷钢开卷机1所指三处开卷，然后用闪光对焊机接料（仅在前卷钢坯料快用完时）；对于腹板尚需在腹板边缘镦粗机3处预镦粗两边缘，然后与经过翼板矫平机4后的上、下翼缘板一起送入高频电阻焊机5处进行焊接；焊后立即在6处去飞边整形，经7处冷却后进入矫正机组8进行纵向矫直及翼缘矫直，经9处无损检验焊缝质量，最后按所需长度在飞锯10处切断即得成品。

该公司轻型H型钢焊接生产线的平面布置如图2-5-22所示，从进料到出成品整个加工过程都是机械连续不断地自动进行，生产效率很高。

图2-5-19 高频电阻焊接的电流导流图

1、3—滑动触头 2—导流滑动触头

图2-5-20 腹板边缘镦粗处理对焊透的影响

a）焊前未镦粗 b）焊前经冷镦粗处理

图2-5-21 高频电阻焊H型钢机组

1—卷钢开卷机 2—翼板毛坯输送装置 3—腹板边缘镦粗机 4—翼板矫平机 5—高频电阻焊机 6—去飞边整形装置 7—冷却 8—矫正机组 9—无损检验设备 10—飞锯

图2-5-22 H型钢焊接生产线平面布置

1—三个钢带卷用的承载平台 2—带卷运输车 3—腹板开卷机 4—腹板矫直机 5—翼板剪切机 6—腹板对焊机 7—腹板

活套装置 8—腹板定向台 9—液压装置 10—上翼板开卷机 11—上翼板矫直机 12—卸卷装置 13—下翼板开卷机14—下翼板矫直机 15—输送机 16—镦粗辊机 17—腹板镦粗装置 18—焊机架 19—焊机 20—拉伸传动机架 21—去飞边整形装置 22—输送机 23—翼板矫直机 24—无损检测设备 25—H型钢锯断长度测量装置 26—飞锯 27—输出轨道 28—拖运机机架 29—拖运机 30—大型H型钢矫直机 31—轻型H型钢矫直机 32—成品检验台 33—输出

高频焊的应用实例

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