A. 什麼是高頻焊管
高頻焊管是熱軋卷板經過成型機成型後，利用高頻電流的集膚效應和鄰近效應，使管坯邊緣加熱熔化，在擠壓輥的作用下進行壓力焊接來實現生產。
工藝流程：
生產工藝流程主要取決於產品品種，從原料到成品需要經過一系列工序，完成這些工藝過程需要相應的各種機械設備和焊接、電氣控制、檢測裝置，這些設備和裝置按照不同的工藝流程要求有多種合理布置,高頻焊管典型流程：縱剪——開卷——帶鋼矯平——頭尾剪切——帶鋼對焊——活套儲料——成型——焊接——清除毛刺——定徑——探傷——飛切——初檢——鋼管矯直——管段加工——水壓試驗——探傷檢測——列印和塗層——成品。
B. 高頻焊管的前景如何
高頻焊管生產工藝流程主要取決於產品品種，從原料到成品需要經過一系列工序，完成這些工藝過程需要相應的各種機械設備和焊接、電氣控制、檢測裝置，這些設備和裝置按照不同的工藝流程要求有多種合理布置,高頻焊管典型流程：開卷―帶鋼矯平―頭尾剪切―帶鋼對焊―活套儲料―成型―焊接―清除毛刺―定徑―探傷―飛切―初檢―鋼管矯直―管段加工―水壓試驗―探傷檢測―列印和塗層―成品。
高頻焊 是用流經工件連續接觸面的高頻電流所產生的電阻熱加熱並在施加頂鍛力的情況下，使工件金屬間實現相互接連的一類焊接方法。它類似與普通電阻焊，但存在著許多重要的差別。
高頻焊用於碳鋼焊管生產已經有40多年的歷史。高頻焊接具有較大的電源功率，對不同材質、口徑和壁厚的鋼管都能達到較高的焊接速度(比氬弧焊的最高焊接速度高出l0倍以上)。因此，高頻焊接生產一般用途的鋼管具有較高的生產率因為高頻焊接速度高，給焊管內毛刺的去除帶來困難，這也是目前高頻焊鋼管尚不能為化工、核工業所接受的原因之一。從焊接材質看，高頻焊可以焊接各種類型的鋼管。同時，新鋼種的開發和成型焊接方法的進步
鋼管生產過程中重要環節
1.在高頻焊管生產過程中 ,如何確保產品質量符合技術標準的要求和顧客的需要 ,則要對鋼管生產過程中影響產品質量的因素進行分析。通過對本公司 Φ76mm高頻焊接鋼管機組某月份不合格品的統計 ,認為在生產過程中影響鋼管產品質量的要素有原材料、焊接工藝、軋輥調節、軋輥材質、設備故障、生產環境及其它原因等七個方面。其中原材料占 32 .44% ,焊接工藝占 24 .85 % ,軋輥調節占 22 .72 % ,三者相加占 80 .01 % ,是主要環節。而軋輥材質、設備故障、生產環境及其它原因等四個方面的要素 ,對鋼管產品質量的影響佔19.99% ,屬相對次要環節。因此 ,在鋼管生產過程中 ,應對原材料、焊接工藝和軋輥調節三個環節進行重點控制。
2 原材料對鋼管焊接質量的影響 影響原材料質量的因素主要有鋼帶力學性能不穩定、鋼帶的表面缺陷及幾何尺寸偏差大等三個方面 ,因此 ,應從這三個方面進行重點控制。
1）鋼帶的力學性能對鋼管質量的影響焊接鋼管常用的鋼種為碳素結構鋼 ,主要的牌號有 Q195、Q215、Q235 SPCC SS400 SPHC等多種 。鋼帶屈服點和抗拉強度過高 ,將造成鋼帶的成型困難 ,特別是管壁較厚時 ,材料的回彈力大 ,鋼管在焊接時存在較大的變形應力 ,焊縫容易產生裂縫。當鋼帶的抗拉強度超過 635 MPa、伸長率低於 10 %時 ,鋼帶在焊接過程中焊縫易產生崩裂。當抗拉強度低於 30 0MPa時 ,鋼帶在成型過程中由於材質偏軟 ,表面容易起皺紋。可見 ,材料的力學性能對鋼管的質量影響很大 ,應從材料強度方面對鋼管質量進行有效地控制。
）鋼帶表面缺陷對鋼管質量的影響鋼帶表面缺陷常見的有鐮刀彎、波浪形、縱剪啃邊等幾種 ,鐮刀彎和波浪形一般出現在冷軋鋼帶軋制過程中 ,是由壓下量控制不當造成的。在鋼管成型過程中 ,鐮刀彎和波浪形會引起帶鋼的跑偏或翻轉 ,容易使鋼管焊縫產生搭焊 ,影響鋼管的質量。鋼帶的啃邊 (即鋼帶邊緣呈現鋸齒狀凹凸不平的現象 ) ,一般出現在縱剪帶上 ,產生原因是縱剪機圓盤刀刃磨鈍或不鋒利造成的。由於鋼帶的啃邊 ,時時出現局部缺肉 ,使鋼帶在焊接時易產生裂紋、裂縫而影響焊縫質量的穩定性。
3）鋼帶幾何尺寸對鋼管質量的影響當鋼帶的寬度小於允許偏差時 ,焊接鋼管時的擠壓力減小 ,使得鋼管焊縫處焊接不牢固 ,出現裂縫或是開口管 ;當鋼帶的寬度大於允許偏差時 ,焊接鋼管時的擠壓力增加 ,在鋼管焊縫處出現尖嘴、搭焊或毛刺等焊接缺陷。所以 ,鋼帶寬度的波動 ,不但影響了鋼管外徑的精度 ,而且嚴重影響了鋼管的表面質量。對要求同一斷面壁厚差不超過規定值的鋼管 ,即要求壁厚均勻程度高的鋼管 ,鋼帶厚度的波動 ,會將同一卷鋼帶厚度差超出的允許值轉移到成品鋼管的壁厚差 ,使大批鋼管厚度超出允許偏差而判廢。厚度的波動不僅影響成品鋼管的厚度精度 ,同時 ,由於鋼帶的厚薄不一 ,使鋼管在焊接時 ,擠壓力和焊接溫度不穩定 ,造成了鋼管焊接時焊縫質量不穩定。此外 ,由於鋼材內部存在著夾層、雜質、沙眼等材料缺陷 ,也是影響鋼管質量的一個重要因素。因此 ,在鋼帶焊接前 ,要檢查每卷鋼帶的表面質量和幾何尺寸 ,對鋼帶質量不符合標准要求的 ,不要進行生產 ,以免造成不必要的損失。
3 高頻焊接對鋼管質量的影響 在鋼管高頻焊接過程中 ,焊接工藝及工藝參數的控制、感應圈和阻抗器位置的放置等對鋼管焊縫的焊接質量影響很大。
1） 鋼管焊縫間隙的控制鋼帶進入焊管機組經成型輥成型、導向輥定向後 ,形成有開口間隙的圓形鋼管管坯 ,調整擠壓輥的擠壓量 ,使得焊縫間隙控制在 1～ 3mm,並使焊口兩端保持齊平。焊縫間隙控製得過大 ,會使焊縫焊接不良而產生未熔合或開裂 ;焊縫間隙控製得過小 ,由於熱量過大 ,造成焊縫燒損 ,熔化金屬飛濺 ,影響焊縫的焊接質量。
2） 高頻感應圈位置的調控感應圈應放置在與鋼管同一中心線上 ,感應圈前端距擠壓輥中心線的距離 ,在不燒損擠壓輥的前提下 ,應視鋼管的規格而盡量接近。若感應圈距擠壓輥較遠時 ,有效加熱時間較長 ,熱影響區寬 ,使得鋼管焊縫的強度下降或未焊透 ;反之感應圈易燒毀擠壓輥。
3） 阻抗器位置的調控阻抗器是一個或一組焊管專用磁棒 ,阻抗器的截面積通常應不小於鋼管內徑截面積的 70 % ,其作用是使感應圈、管坯焊縫邊緣與磁棒形成一個電磁感應迴路 ,產生鄰近效應 ,渦流熱量集中在管坯焊縫邊緣附近 ,使管坯邊緣加熱到焊接溫度。阻抗器應放置在 V形區加熱段 ,且前端在擠壓輥中心位置處 ,使其中心線與管筒中心線一致。如阻抗器位置放置的不好 ,影響焊管的焊接速度和焊接質量 ,使鋼管產生裂紋。
4）高頻焊接工藝參數——輸入熱量的控制高頻電源輸入給鋼管焊縫部位的熱量稱為輸入熱量。將電能轉換成熱能時 ,其輸入熱量的公式為 :
Q=KI2 Rt (1)
式中 Q—輸入管坯的熱量 ;K—能量轉換效率 ; I—焊接電流 ;R—迴路阻抗 ; t—加熱時間。
加熱時間 :t=Lv (2)
式中 L—感應圈或電極頭前端至擠壓輥的中心距 ;v—焊接速度。
當高頻輸入的熱量不足且焊接速度過快時 ,使得被加熱的管體邊緣達不到焊接的溫度 ,鋼鐵仍保持其固態組織而焊接不上 ,形成了未熔合或未焊透的裂紋 ;當高頻輸入熱量過大且焊接速度過慢時 ,使得被加熱的管體邊緣超過了焊接溫度 ,容易產生過熱甚至過燒 ,使焊縫擊穿 ,造成金屬飛濺而形成縮孔。從公式 (1)、(2)中可知 ,可以通過調整高頻焊接電流 (電壓 )或調整焊接速度的方法 ,來控制高頻輸入熱量的大小 ,從而使鋼管的焊縫既要焊透又不焊穿 ,獲得焊接質量優良的鋼管
4 軋輥調節對鋼管質量的影響 從鋼管廢品因果分析圖可看出 ,軋輥調節是屬鋼管的操作工藝。在生產過程中 ,軋輥損壞或磨損嚴重時 ,在機組上需要更換部分軋輥 ,或某個品種連續生產了足夠的數量 ,需要更換整套的軋輥。這時都應對軋輥進行調節 ,以獲得良好的鋼管質量。如軋輥調節得不好 ,易造成鋼管管縫的扭轉、搭焊、邊緣波浪、鼓包及管體表面有壓痕或劃傷 ,鋼管橢圓度大等缺陷 ,因此 ,換輥時應掌握軋輥調節的技巧。
1 )更換鋼管規格 ,一般都對整套軋輥進行更換。軋輥調節的方法是 :用鋼絲從機組入口到出口拉一條中心線 ,進行調整 ,使各架孔型在一條中心線上 ,並使成型底線符合技術要求。更換軋輥規格後 ,首先對成型輥、導向輥、擠壓輥、定徑輥作一次全面的調節 ,然後重點對成型輥的封閉孔型、導向輥、擠壓輥調節。
2 )導向輥的作用是控制鋼管的管縫方向和管坯底線高度 ,緩解邊緣延伸 ,控制管坯邊緣回彈 ,保證管縫平直而不扭轉進入擠壓輥。如導向輥調節不好 ,在鋼管的焊接過程中 ,易造成鋼管管縫的扭轉、搭焊、邊緣波浪等焊接缺陷。
3 )擠壓輥是焊管機組的關鍵設備 ,其作用是將邊緣被加熱到焊接溫度的管體在擠壓輥的擠壓力作用下完成壓力焊接。在生產過程中 ,要控制擠壓輥開口角的大小。擠壓力過小時 ,焊縫金屬強度下降 ,受力後會產生開裂 ;擠壓力過大時 ,降低焊接強度 ,而且使外毛刺量增加 ,易造成搭焊等焊接缺陷。
4 )在焊管機組慢速起動的過程中 ,應密切注意各部位軋輥的轉動情況 ,隨時調節軋輥 ,以確保焊管的焊接質量和工藝尺寸符合規定的要求。
C. 工角槽演算法
瞬時分流產生非常小的缺陷，
一般缺陷長度不會超過壁厚尺寸。
從焊縫斷口可以
看到一個光亮，平坦的平面被纖維狀斷口所包圍，如圖
7
所示。
真空焊管生產沒有鐵銹或毛刺造成短路，
但狹窄的
V
型角和高電壓也會產生預
弧現象。
它是兩鋼帶邊緣的高電壓造成電弧放電現象而產生同樣的缺陷。
2.3
熔
合不足
顧名思義，
兩鋼帶邊緣沒有完全熔合形成良好的焊縫，
開縫的邊緣呈蘭
色，表明鋼帶曾被加熱，如圖
8
所示，
但鋼帶邊緣平坦、光滑，表面焊縫沒有完全熔合。這類缺陷最直接的原因是
焊接加熱不足，但還應考慮其它相關因素，例如焊縫輸入熱量、
V
型口角度和
V
型加熱長度、
磁棒安裝位置和冷卻條件、
感應圈尺寸等。
這些因素會單獨或綜合
作用而產生缺陷。但有時合適的熱量輸入也會產生開縫，這是因為擠壓量不足，
氧化物仍殘留在熔融金屬表面，
邊緣雖然熔化但沒有熔合在一起，
焊縫經過擠壓
輥後，鋼帶反彈形成開縫。
防止熔合不足的措施：
(1)
焊接輸入熱量與材料特性、焊接速度相匹配；
(2)
磁棒位置超過擠壓輥中心
3.18mm;(3)V
型開口長度不超過管徑長度；
(4)V
型口長
度不超過
7
度；
(5)
感應圈內徑與鋼管外徑之差不大於
6.35mm;(6)
鋼帶寬度合適
且滿足生產管徑的需求。
2.4
邊部熔合不足
(
邊緣波浪
)
焊縫邊部熔合不足產生的原因是熔合面沒有
金屬，
這類缺陷經常出現在鋼帶邊緣的外側或內側，
和過燒氧化物形成的缺陷相
似。這類缺陷是因為焊縫在
3
點位置壓扁開裂，如圖
9
所示。斷口形貌平坦、無
金屬光澤。
另一種形式是鼓包造成鋼帶邊緣外部溫度低於內部而形成，其斷口形貌呈
銀灰色，鼓包形成缺陷是過燒氧化物和熔合不足的一種形式。
過燒熔合不足的防止措施；
(1)
鋼帶邊緣平直、平行對接；
(2)
使用較大的擠
壓量；
(3)
如果鼓包造成缺陷的斷口是銀灰色，使用較大的焊接熱輸入。
2.5
中
部熔合不足
(
中部冷焊
)
熔合不足的焊縫破壞後，壁厚中部斷面呈平坦、銀灰色
帶，如圖
10
所示，邊緣呈纖維狀。這種焊接缺陷是焊接速度要求的功率超過了
焊機的額定功率，
鋼帶邊緣整個端面沒有充分的時間加熱到焊縫所需要的最佳溫
度和加熱深度而產生。
中部熔合不足也可能是由於排出不充分，
接合面有未完全
排出的熔融金屬而產生。
中部熔合不足的防止：
(1)
增加焊機功率；
(2)
增加焊接擠壓量；
(3)
增加
V
型
口長度或除低焊接速度。
。
2.6
粘焊
(
冷焊
)
粘焊缺陷遇採用目前的檢測方法檢測不到，
因而是高頻焊接
中最危險的焊接缺陷。
粘焊形成的接合面沒有縫隙，
可以傳播超聲波信號，
電磁
檢測檢測不到，
但壓扁時開裂，
斷口平坦、
呈脆性。
和完全熔合的焊縫斷口相比，
略呈纖維狀。有些縫隙可以檢測到。如果觀察橫向金相斷面，可以看到
HAZ
非
常窄，沒有白色熔合線，金屬流線升角非常小，如圖
11
所示。
粘焊的防止措施：
(1)
對不同規格材質和焊接速度，使用足夠的焊接功率；
(2)
充分的擠壓和增加鋼帶寬度。
2.7
鑄焊
鑄焊是結合面上的熔融金屬沒有全部排出，
熔合面上的鑄態金
屬和過燒氧化物一樣含有氧化物。
其斷口形貌根據殘留鑄態金屬含量不同而變化。
但大部分呈平坦、脆性形貌。金相檢測可以看到在結合面上有鑄態金屬，如圖
12
所示。
鑄焊焊縫壓扁時開裂。這類缺陷有足夠的熱量熔化鋼帶邊緣，但僅是一個簡
單的熔化。
2.8
氣孔
焊接結合面上的氣孔是高溫焊接但排出不充分造成的，
斷口形貌呈纖維狀。
球狀的光亮白點隨機分布在整個斷口上，
白點出現在外壁時，
白點的表面由於氧
化而呈黑色，如圖
13
所示外毛刺清除前可以看到小的氣孔，外毛刺清除後在熔
合線上可以看到氣孔。
氣孔的防止措施：
(1)
減少焊接輸入熱量
;(2)
增加擠壓量。
2.9
跳焊
跳焊有各種表現形式。通常情況下，如圖
14
所示。
這類缺陷略有規律連續分布。壁厚外側缺陷類似波浪狀缺陷，間距為電源頻
率
(60HZ)
的整倍數。
3
防止缺陷的建議
實際生產中經常是幾個因素綜合作用產生缺陷。一個狹窄的
V
型口並不一
定產生過燒氧化物，
除非擠壓擠壓量略小於正常要求值。
而小的擠壓量可能是鋼
帶縱剪寬度略窄或工裝磨損以及設備安裝不合適等造成。
焊接缺陷的產生還有焊接區以外的原因，
例如冷焊可能則於冷卻泵出現氣穴
現象，
不能合磁棒充分冷卻，
磁棒瞬間變熱，
使得集中在
V
型口電流的作用減弱，
電流沿鋼管背部傳導，
V
型口熱量降低，發生冷焊現象。在冷卻泵全部不能正常
工作，磁棒完全失效之前，增加焊接輸入熱量可以防止冷焊缺陷的發生。
防止缺陷最好的方法是查清缺陷產生的根本原因，盡量搜集可能產生缺陷
的各種操作參數。確定有關參數如：工作寬度、焊接速度、屏流、屏壓、柵流、
擠壓量等非常有益。
觀測實際運行記錄可以發生異常波動，
對分析產生缺陷的原
因也非常有益。
生產時可能設定值略超出正常值，
但是幾個相關變數同時略超過
要求值，累計結果足以產生缺陷。
有些工廠對常見缺陷及其產生的原因進行了歸類總結，
這對缺乏經驗的操
作者處理此類問題非常有益，既可以提高生產效率，又可以降低成本。
4
結論
(1)
大部分焊接缺陷是由於機組安裝或調整不當而產生的；
(2)
選擇合理製造方
案，監測日常運轉記錄，定期培訓高頻焊工有利於減少缺陷；
(3)
提高剪邊和邊
緣處理質量及線圈蓄能工藝，有利於減少邊部損傷缺陷；
(4)
預維修可以預防工
裝磨損或損壞造成的缺陷。