A. 什么是高频焊管
高频焊管是热轧卷板经过成型机成型后，利用高频电流的集肤效应和邻近效应，使管坯边缘加热熔化，在挤压辊的作用下进行压力焊接来实现生产。
工艺流程：
生产工艺流程主要取决于产品品种，从原料到成品需要经过一系列工序，完成这些工艺过程需要相应的各种机械设备和焊接、电气控制、检测装置，这些设备和装置按照不同的工艺流程要求有多种合理布置,高频焊管典型流程：纵剪——开卷——带钢矫平——头尾剪切——带钢对焊——活套储料——成型——焊接——清除毛刺——定径——探伤——飞切——初检——钢管矫直——管段加工——水压试验——探伤检测——打印和涂层——成品。
B. 高频焊管的前景如何
高频焊管生产工艺流程主要取决于产品品种，从原料到成品需要经过一系列工序，完成这些工艺过程需要相应的各种机械设备和焊接、电气控制、检测装置，这些设备和装置按照不同的工艺流程要求有多种合理布置,高频焊管典型流程：开卷―带钢矫平―头尾剪切―带钢对焊―活套储料―成型―焊接―清除毛刺―定径―探伤―飞切―初检―钢管矫直―管段加工―水压试验―探伤检测―打印和涂层―成品。
高频焊 是用流经工件连续接触面的高频电流所产生的电阻热加热并在施加顶锻力的情况下，使工件金属间实现相互接连的一类焊接方法。它类似与普通电阻焊，但存在着许多重要的差别。
高频焊用于碳钢焊管生产已经有40多年的历史。高频焊接具有较大的电源功率，对不同材质、口径和壁厚的钢管都能达到较高的焊接速度(比氩弧焊的最高焊接速度高出l0倍以上)。因此，高频焊接生产一般用途的钢管具有较高的生产率因为高频焊接速度高，给焊管内毛刺的去除带来困难，这也是目前高频焊钢管尚不能为化工、核工业所接受的原因之一。从焊接材质看，高频焊可以焊接各种类型的钢管。同时，新钢种的开发和成型焊接方法的进步
钢管生产过程中重要环节
1.在高频焊管生产过程中 ,如何确保产品质量符合技术标准的要求和顾客的需要 ,则要对钢管生产过程中影响产品质量的因素进行分析。通过对本公司 Φ76mm高频焊接钢管机组某月份不合格品的统计 ,认为在生产过程中影响钢管产品质量的要素有原材料、焊接工艺、轧辊调节、轧辊材质、设备故障、生产环境及其它原因等七个方面。其中原材料占 32 .44% ,焊接工艺占 24 .85 % ,轧辊调节占 22 .72 % ,三者相加占 80 .01 % ,是主要环节。而轧辊材质、设备故障、生产环境及其它原因等四个方面的要素 ,对钢管产品质量的影响占19.99% ,属相对次要环节。因此 ,在钢管生产过程中 ,应对原材料、焊接工艺和轧辊调节三个环节进行重点控制。
2 原材料对钢管焊接质量的影响 影响原材料质量的因素主要有钢带力学性能不稳定、钢带的表面缺陷及几何尺寸偏差大等三个方面 ,因此 ,应从这三个方面进行重点控制。
1）钢带的力学性能对钢管质量的影响焊接钢管常用的钢种为碳素结构钢 ,主要的牌号有 Q195、Q215、Q235 SPCC SS400 SPHC等多种 。钢带屈服点和抗拉强度过高 ,将造成钢带的成型困难 ,特别是管壁较厚时 ,材料的回弹力大 ,钢管在焊接时存在较大的变形应力 ,焊缝容易产生裂缝。当钢带的抗拉强度超过 635 MPa、伸长率低于 10 %时 ,钢带在焊接过程中焊缝易产生崩裂。当抗拉强度低于 30 0MPa时 ,钢带在成型过程中由于材质偏软 ,表面容易起皱纹。可见 ,材料的力学性能对钢管的质量影响很大 ,应从材料强度方面对钢管质量进行有效地控制。
）钢带表面缺陷对钢管质量的影响钢带表面缺陷常见的有镰刀弯、波浪形、纵剪啃边等几种 ,镰刀弯和波浪形一般出现在冷轧钢带轧制过程中 ,是由压下量控制不当造成的。在钢管成型过程中 ,镰刀弯和波浪形会引起带钢的跑偏或翻转 ,容易使钢管焊缝产生搭焊 ,影响钢管的质量。钢带的啃边 (即钢带边缘呈现锯齿状凹凸不平的现象 ) ,一般出现在纵剪带上 ,产生原因是纵剪机圆盘刀刃磨钝或不锋利造成的。由于钢带的啃边 ,时时出现局部缺肉 ,使钢带在焊接时易产生裂纹、裂缝而影响焊缝质量的稳定性。
3）钢带几何尺寸对钢管质量的影响当钢带的宽度小于允许偏差时 ,焊接钢管时的挤压力减小 ,使得钢管焊缝处焊接不牢固 ,出现裂缝或是开口管 ;当钢带的宽度大于允许偏差时 ,焊接钢管时的挤压力增加 ,在钢管焊缝处出现尖嘴、搭焊或毛刺等焊接缺陷。所以 ,钢带宽度的波动 ,不但影响了钢管外径的精度 ,而且严重影响了钢管的表面质量。对要求同一断面壁厚差不超过规定值的钢管 ,即要求壁厚均匀程度高的钢管 ,钢带厚度的波动 ,会将同一卷钢带厚度差超出的允许值转移到成品钢管的壁厚差 ,使大批钢管厚度超出允许偏差而判废。厚度的波动不仅影响成品钢管的厚度精度 ,同时 ,由于钢带的厚薄不一 ,使钢管在焊接时 ,挤压力和焊接温度不稳定 ,造成了钢管焊接时焊缝质量不稳定。此外 ,由于钢材内部存在着夹层、杂质、沙眼等材料缺陷 ,也是影响钢管质量的一个重要因素。因此 ,在钢带焊接前 ,要检查每卷钢带的表面质量和几何尺寸 ,对钢带质量不符合标准要求的 ,不要进行生产 ,以免造成不必要的损失。
3 高频焊接对钢管质量的影响 在钢管高频焊接过程中 ,焊接工艺及工艺参数的控制、感应圈和阻抗器位置的放置等对钢管焊缝的焊接质量影响很大。
1） 钢管焊缝间隙的控制钢带进入焊管机组经成型辊成型、导向辊定向后 ,形成有开口间隙的圆形钢管管坯 ,调整挤压辊的挤压量 ,使得焊缝间隙控制在 1～ 3mm,并使焊口两端保持齐平。焊缝间隙控制得过大 ,会使焊缝焊接不良而产生未熔合或开裂 ;焊缝间隙控制得过小 ,由于热量过大 ,造成焊缝烧损 ,熔化金属飞溅 ,影响焊缝的焊接质量。
2） 高频感应圈位置的调控感应圈应放置在与钢管同一中心线上 ,感应圈前端距挤压辊中心线的距离 ,在不烧损挤压辊的前提下 ,应视钢管的规格而尽量接近。若感应圈距挤压辊较远时 ,有效加热时间较长 ,热影响区宽 ,使得钢管焊缝的强度下降或未焊透 ;反之感应圈易烧毁挤压辊。
3） 阻抗器位置的调控阻抗器是一个或一组焊管专用磁棒 ,阻抗器的截面积通常应不小于钢管内径截面积的 70 % ,其作用是使感应圈、管坯焊缝边缘与磁棒形成一个电磁感应回路 ,产生邻近效应 ,涡流热量集中在管坯焊缝边缘附近 ,使管坯边缘加热到焊接温度。阻抗器应放置在 V形区加热段 ,且前端在挤压辊中心位置处 ,使其中心线与管筒中心线一致。如阻抗器位置放置的不好 ,影响焊管的焊接速度和焊接质量 ,使钢管产生裂纹。
4）高频焊接工艺参数——输入热量的控制高频电源输入给钢管焊缝部位的热量称为输入热量。将电能转换成热能时 ,其输入热量的公式为 :
Q=KI2 Rt (1)
式中 Q—输入管坯的热量 ;K—能量转换效率 ; I—焊接电流 ;R—回路阻抗 ; t—加热时间。
加热时间 :t=Lv (2)
式中 L—感应圈或电极头前端至挤压辊的中心距 ;v—焊接速度。
当高频输入的热量不足且焊接速度过快时 ,使得被加热的管体边缘达不到焊接的温度 ,钢铁仍保持其固态组织而焊接不上 ,形成了未熔合或未焊透的裂纹 ;当高频输入热量过大且焊接速度过慢时 ,使得被加热的管体边缘超过了焊接温度 ,容易产生过热甚至过烧 ,使焊缝击穿 ,造成金属飞溅而形成缩孔。从公式 (1)、(2)中可知 ,可以通过调整高频焊接电流 (电压 )或调整焊接速度的方法 ,来控制高频输入热量的大小 ,从而使钢管的焊缝既要焊透又不焊穿 ,获得焊接质量优良的钢管
4 轧辊调节对钢管质量的影响 从钢管废品因果分析图可看出 ,轧辊调节是属钢管的操作工艺。在生产过程中 ,轧辊损坏或磨损严重时 ,在机组上需要更换部分轧辊 ,或某个品种连续生产了足够的数量 ,需要更换整套的轧辊。这时都应对轧辊进行调节 ,以获得良好的钢管质量。如轧辊调节得不好 ,易造成钢管管缝的扭转、搭焊、边缘波浪、鼓包及管体表面有压痕或划伤 ,钢管椭圆度大等缺陷 ,因此 ,换辊时应掌握轧辊调节的技巧。
1 )更换钢管规格 ,一般都对整套轧辊进行更换。轧辊调节的方法是 :用钢丝从机组入口到出口拉一条中心线 ,进行调整 ,使各架孔型在一条中心线上 ,并使成型底线符合技术要求。更换轧辊规格后 ,首先对成型辊、导向辊、挤压辊、定径辊作一次全面的调节 ,然后重点对成型辊的封闭孔型、导向辊、挤压辊调节。
2 )导向辊的作用是控制钢管的管缝方向和管坯底线高度 ,缓解边缘延伸 ,控制管坯边缘回弹 ,保证管缝平直而不扭转进入挤压辊。如导向辊调节不好 ,在钢管的焊接过程中 ,易造成钢管管缝的扭转、搭焊、边缘波浪等焊接缺陷。
3 )挤压辊是焊管机组的关键设备 ,其作用是将边缘被加热到焊接温度的管体在挤压辊的挤压力作用下完成压力焊接。在生产过程中 ,要控制挤压辊开口角的大小。挤压力过小时 ,焊缝金属强度下降 ,受力后会产生开裂 ;挤压力过大时 ,降低焊接强度 ,而且使外毛刺量增加 ,易造成搭焊等焊接缺陷。
4 )在焊管机组慢速起动的过程中 ,应密切注意各部位轧辊的转动情况 ,随时调节轧辊 ,以确保焊管的焊接质量和工艺尺寸符合规定的要求。
C. 工角槽算法
瞬时分流产生非常小的缺陷，
一般缺陷长度不会超过壁厚尺寸。
从焊缝断口可以
看到一个光亮，平坦的平面被纤维状断口所包围，如图
7
所示。
真空焊管生产没有铁锈或毛刺造成短路，
但狭窄的
V
型角和高电压也会产生预
弧现象。
它是两钢带边缘的高电压造成电弧放电现象而产生同样的缺陷。
2.3
熔
合不足
顾名思义，
两钢带边缘没有完全熔合形成良好的焊缝，
开缝的边缘呈兰
色，表明钢带曾被加热，如图
8
所示，
但钢带边缘平坦、光滑，表面焊缝没有完全熔合。这类缺陷最直接的原因是
焊接加热不足，但还应考虑其它相关因素，例如焊缝输入热量、
V
型口角度和
V
型加热长度、
磁棒安装位置和冷却条件、
感应圈尺寸等。
这些因素会单独或综合
作用而产生缺陷。但有时合适的热量输入也会产生开缝，这是因为挤压量不足，
氧化物仍残留在熔融金属表面，
边缘虽然熔化但没有熔合在一起，
焊缝经过挤压
辊后，钢带反弹形成开缝。
防止熔合不足的措施：
(1)
焊接输入热量与材料特性、焊接速度相匹配；
(2)
磁棒位置超过挤压辊中心
3.18mm;(3)V
型开口长度不超过管径长度；
(4)V
型口长
度不超过
7
度；
(5)
感应圈内径与钢管外径之差不大于
6.35mm;(6)
钢带宽度合适
且满足生产管径的需求。
2.4
边部熔合不足
(
边缘波浪
)
焊缝边部熔合不足产生的原因是熔合面没有
金属，
这类缺陷经常出现在钢带边缘的外侧或内侧，
和过烧氧化物形成的缺陷相
似。这类缺陷是因为焊缝在
3
点位置压扁开裂，如图
9
所示。断口形貌平坦、无
金属光泽。
另一种形式是鼓包造成钢带边缘外部温度低于内部而形成，其断口形貌呈
银灰色，鼓包形成缺陷是过烧氧化物和熔合不足的一种形式。
过烧熔合不足的防止措施；
(1)
钢带边缘平直、平行对接；
(2)
使用较大的挤
压量；
(3)
如果鼓包造成缺陷的断口是银灰色，使用较大的焊接热输入。
2.5
中
部熔合不足
(
中部冷焊
)
熔合不足的焊缝破坏后，壁厚中部断面呈平坦、银灰色
带，如图
10
所示，边缘呈纤维状。这种焊接缺陷是焊接速度要求的功率超过了
焊机的额定功率，
钢带边缘整个端面没有充分的时间加热到焊缝所需要的最佳温
度和加热深度而产生。
中部熔合不足也可能是由于排出不充分，
接合面有未完全
排出的熔融金属而产生。
中部熔合不足的防止：
(1)
增加焊机功率；
(2)
增加焊接挤压量；
(3)
增加
V
型
口长度或除低焊接速度。
。
2.6
粘焊
(
冷焊
)
粘焊缺陷遇采用目前的检测方法检测不到，
因而是高频焊接
中最危险的焊接缺陷。
粘焊形成的接合面没有缝隙，
可以传播超声波信号，
电磁
检测检测不到，
但压扁时开裂，
断口平坦、
呈脆性。
和完全熔合的焊缝断口相比，
略呈纤维状。有些缝隙可以检测到。如果观察横向金相断面，可以看到
HAZ
非
常窄，没有白色熔合线，金属流线升角非常小，如图
11
所示。
粘焊的防止措施：
(1)
对不同规格材质和焊接速度，使用足够的焊接功率；
(2)
充分的挤压和增加钢带宽度。
2.7
铸焊
铸焊是结合面上的熔融金属没有全部排出，
熔合面上的铸态金
属和过烧氧化物一样含有氧化物。
其断口形貌根据残留铸态金属含量不同而变化。
但大部分呈平坦、脆性形貌。金相检测可以看到在结合面上有铸态金属，如图
12
所示。
铸焊焊缝压扁时开裂。这类缺陷有足够的热量熔化钢带边缘，但仅是一个简
单的熔化。
2.8
气孔
焊接结合面上的气孔是高温焊接但排出不充分造成的，
断口形貌呈纤维状。
球状的光亮白点随机分布在整个断口上，
白点出现在外壁时，
白点的表面由于氧
化而呈黑色，如图
13
所示外毛刺清除前可以看到小的气孔，外毛刺清除后在熔
合线上可以看到气孔。
气孔的防止措施：
(1)
减少焊接输入热量
;(2)
增加挤压量。
2.9
跳焊
跳焊有各种表现形式。通常情况下，如图
14
所示。
这类缺陷略有规律连续分布。壁厚外侧缺陷类似波浪状缺陷，间距为电源频
率
(60HZ)
的整倍数。
3
防止缺陷的建议
实际生产中经常是几个因素综合作用产生缺陷。一个狭窄的
V
型口并不一
定产生过烧氧化物，
除非挤压挤压量略小于正常要求值。
而小的挤压量可能是钢
带纵剪宽度略窄或工装磨损以及设备安装不合适等造成。
焊接缺陷的产生还有焊接区以外的原因，
例如冷焊可能则于冷却泵出现气穴
现象，
不能合磁棒充分冷却，
磁棒瞬间变热，
使得集中在
V
型口电流的作用减弱，
电流沿钢管背部传导，
V
型口热量降低，发生冷焊现象。在冷却泵全部不能正常
工作，磁棒完全失效之前，增加焊接输入热量可以防止冷焊缺陷的发生。
防止缺陷最好的方法是查清缺陷产生的根本原因，尽量搜集可能产生缺陷
的各种操作参数。确定有关参数如：工作宽度、焊接速度、屏流、屏压、栅流、
挤压量等非常有益。
观测实际运行记录可以发生异常波动，
对分析产生缺陷的原
因也非常有益。
生产时可能设定值略超出正常值，
但是几个相关变量同时略超过
要求值，累计结果足以产生缺陷。
有些工厂对常见缺陷及其产生的原因进行了归类总结，
这对缺乏经验的操
作者处理此类问题非常有益，既可以提高生产效率，又可以降低成本。
4
结论
(1)
大部分焊接缺陷是由于机组安装或调整不当而产生的；
(2)
选择合理制造方
案，监测日常运转记录，定期培训高频焊工有利于减少缺陷；
(3)
提高剪边和边
缘处理质量及线圈蓄能工艺，有利于减少边部损伤缺陷；
(4)
预维修可以预防工
装磨损或损坏造成的缺陷。