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高频钢管的焊接工艺分析
1 前言

焊接工艺作为焊管生产的一个重要环节,对焊管质量起着重要作用,焊接不好就会使管子报废。本文对高频钢管及其焊接工艺参数进行分析。
2 高频钢管及其焊接工艺参数
(1)生产不同规格时,焊接脚的间隙与挤压辊中心的距离。

采用高频接触焊时,是充分利用了高频电流的集肤效应和邻近效应的特性进行焊接的。高频焊接时,电流除大量通过最短的V形负载回路外,还有部分电流沿着管背流动,形成管背分流。这是焊接时所不需要的电流负载,形成电流的无功损失。为了减少其管背分流的损失,除了在管坯内增设险搞外;对焊接脚的间隙及距挤压辊中心的距离提出一定的要求,同时,为了保证焊合线的宽度,并把热影响区控制在最小的宽度范围内,达到理想的凹鼓形双曲线的正常焊接状态。

焊接时,应尽量缩短两线间的距离,电极距挤压辊中心线的距离,在生产25.4mm以下管时,一般等于管的外径的1.2-1.5倍。如果距离太长,有效加热时间会增长,热影响区会加宽,从而降低了焊缝的强度及焊接速度,影响焊接质量。但如果距离太短,则有效加热时间缩短,边缘加热不足,也会使焊缝的强度降低。
(2)安装挂角和焊脚的要求。

为了充分利用高频电流,不致于大量高频电流消耗在输出变压器及挂角上,安装挂角时,首先要用铜螺丝,铜压板。变压器与挂角接触的地方,一定要研磨或打磨干净,形成面接触,减少挂角的发热。同时对其使用提出要求;焊接脚的伸出部分,其长度应保持在20-30mm,不宜过长,过长则冷却不佳,焊接脚容易发热、发红、温度升高,易于磨损烧化;使用焊脚时,要有足够的冷却水,减低焊脚的温度;保持焊脚与管坯待焊接边缘的对中位置;保持焊脚与管坯待焊边缘接触时有一定的压力;由于焊脚导电,易发热,不耐磨损,使用一段时间后,极易包住管坯增加无功电流的消耗。为了防止这种缺陷,须将焊脚的外侧打4-5mm宽约30度的坡口,坡口最深处约1.5mm左右。
(3)对焊合线,热影响区的宽度工作要求和参数。

最佳焊接结果的焊接过程,除了必须使带钢边缘上有足够的金属变为液态,以便得到好的熔合结果;再则就是在焊线处呈现溶化物及其到热影响区的两条熔合线。实践证明,熔化物本身和熔化线如果出现畸变,就会导致焊线质量不良。
焊台线的宽度一般配为0.02-0.12mm,随着带钢材质的不同及频率的高低变化。热影响区宽度为0.4-4mm。从焊接区横切面来看焊缝金属的流线状态,能常把凹形双曲线状的焊接区视为正常的焊接状态。其腰部的宽度是该管壁厚的三分之一,输入热量过大,挤压力过小时,熔化线发生畸变,氧化的金属夹杂物不能完全排出焊缝,使焊线质量降低,强度下降,韧性减弱。输入热量过小,挤压力也小,形成低温焊接,带钢边缘局部熔化,难对排除氧化物,熔化线发生畸变,形成管子开裂。
(4)焊接温度、速度、挤压力、开口角的关系及控制。

在焊接过程中,控制合适的焊接温度是很重要的。如果输入焊接热量不足,就会出现低温焊接,管坯两个待焊边缘只能达到局部熔化,使之在塑性状态下进行。氧化物难以排出焊缝,产生质量缺陷。

如果焊接输入热量过大,会使焊接边缘出现过多的熔化金属,在压力正常的情况下,由于熔化区过宽,也很难将氧化物质排出焊缝。一般低碳钢合适焊接温度在1380-1550℃。管坯边缘的熔化金属,经过挤压使熔化的金属和形成的氧化物一起从焊缝中挤出。因此,焊接温度是影响焊缝质量的因素,而温度、速度、挤压力三者又互相影响;随着焊接速度的增加,焊接温度降低,使金属塑性下降,压力增加。反之,焊接速度降低,温度升高,金属塑性增高,压力降低。

焊接时所需要的最低温度取决于在一定的压力下,焊接截面上的金属夹杂物能否容易被挤出,使两边缘粘合牢,而最低压力必须保证焊缝牢,排出整个截面上的氧化物。

管坯焊接时,管坯边缘暴露在空气中加热,不可避免的要造成表面氧化。而氧化铁皮熔点在1350-1420℃左右,当焊接温度低于熔点时,氧化铁皮仍是固相。若挤压力较小时,氧化物难以排除出焊缝隙,部分残留在焊缝中,这样的焊缝质量是不良的。测水压时,易产生点裂。对不同的钢种、规格厚度,应采取相适应的焊接温度。
目前生产中,先进的测温手段,只在少数机组使用所以采用目测方法:
(1) 焊缝会合处的高度。
(2) 切除毛刺的颜色及形状的卷曲状态。

一般毛刺的颜色应是红橙色,毛刺的宽度对于12.7mm和19.0mm焊管为3 mm左右。对25.4mm的管为4mm 左右。毛刺冷却后,观察毛刺的形状,毛刺的两缘应平滑,不能有锯齿状,同时,毛刺不能分岔,并保持毛刺一面的光滑,另一面呈细小的颗粒状。如果毛刺呈锯齿状,且一方呈大的颗粒状,说明焊接温度过高,速度太慢,焊缝易形成针孔漏水,降低焊缝强度。毛刺的卷曲速度应均匀,短带生产时,不能堆粘刨。
(3) 焊接时要有火花喷溅,并且呈均匀的抛物线状。火花喷溅,时有时无,时大时小,说明焊接不正常,不稳定。

 
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