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其他种类的电极辊焊接工艺

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为了规避电阻焊接的专利并与之竞争,历史上曾出现过几个不同种类的电极辊焊接方式,如直流焊接、交流/直流焊接、方波焊接等。这些技术都在一定范围内得到了应用,但都没能成为像电阻焊这样应用广泛的技术。

1、直流焊机

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录直流焊机的出现主要是规避Johnston的电阻焊接专利,20世纪30年代早期,首先由位于芝加哥的Clayton Mark公司建设了一条准660 mm和一条中直径直流焊接机组。20世纪60年代,Yoder公司首先引入可控硅技术,有效减小了直流焊机体积,显著提高了性能。之后德国的曼内斯曼米尔公司也开始制造直流焊机。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录在直流焊接工艺过程中,硅二极管把商业三相交流电转化为直流电,通过电刷导入电极辊,电极辊结构与低频电阻焊基本相同,只是没有旋转变压器。电极辊与挤压辊呈近似垂直布置,加热和挤压几乎瞬时同步完成。直流焊接有如下特点:

(1) 毛刺均匀并无火花喷溅现象。低频焊接的正弦波电流分布导致毛刺呈锯齿状,在电流峰值点金属过热熔化,受气流和电磁力影响形成火花并从焊接点喷出,氧化的金属粉尘沉积在钢管内表面。而直流焊接拥有稳定的电流,不存在这些问题,具有均匀的焊缝形状和高度,不存在钢管内表面金属粉尘沉淀污染,也不比担心电火花对辊子和其他装置的损坏。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录(2) 适合于高速焊接。低频电阻焊接的最高速度受制于焊接频率和焊机能力,一般不超过61 m/min。而直流焊接的最高速度仅受制于焊机能力,最高可达120 m/min。现代的电阻焊接已经采用高频焊接,焊接频率已经不是限制焊接速度的关键因素。

(3) 低焊接效率和焊机能力的限制。通过电刷导入低电压高电流到电极辊,不仅容易打火带来维护问题,还有大量损耗,导致直流焊机效率偏低。电刷打火现象限制了直流焊机能力,最大的电流容量一般不超过30 000 A。因此,直流焊机不适合高速生产大直径厚壁钢管。

(4) 一次性投资较高。起初直流焊机体积庞大,造价是交流焊机的3倍以上。即使采用可控硅技术体积明显减小后,造价仍显著高于交流焊机。

(5) 钢带必须进行酸洗。电流流过电极辊间区域和钢带边部,表面氧化层对焊接质量有害,在焊接前钢带需进行酸洗处理。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录直流焊接适用于生产直径小于100 mm、壁厚小于4 mm的低碳钢管,特别适合于内毛刺去除困难的冷拔深加工小直径管,如减震器管、冰箱管、液压油管等,这些钢管均需要干净的内表面。方波焊机具有与直流焊机相同的功能,但体积更小,逐步取代了直流焊机。

2交流/直流焊机

直流焊接和交流焊接各具优缺点,并基本互补,如交流焊机效率高但焊缝质量不好,而直流焊机焊缝形状均匀但效率较低。历史上曾进行过把直流焊机和交流焊机进行组合的大量研究,目的是保留各自优点,消除各自缺点。1950年,Yoder公司首先发明了交流/直流组合焊机,该焊机把直流焊机的硅二极管技术和交流焊机的旋转变压器技术组合起来,焊机采用商业交流电,但施加在电极辊的电流为直流电流。尽管该焊机显示出了直流焊机和交流焊机的共同优点,但电极辊结构过于笨重,加上马上出现的结构紧凑的方波焊机具有类似优点,Yoder公司仅仅卖出了几套交流/直流焊机。

3方波焊机

大约在1945年,Yoder公司和Cutler Hammer电气公司合作,开发出了一种新型低频焊机—方波焊机。该焊机用交变的方波电流替代正弦波电流,以交流焊机获得了直流焊接的效果。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录早期电流频率是60 Hz,在20世纪60年代后引进了可控硅技术,焊接频率提高到200 Hz。通过可控硅二极管把高电压交流电整流为直流,直流分解为方波脉冲,在通过滑环引入旋转变压器的入口,变压器出口则为低电压、高电流的方波,导入电极辊进行焊接。

方波焊机一经问世,迅速得到广泛应用,纷纷替代直流焊机和交流/直流焊机,到1985年,据统计有50多条方波焊接生产线在运行。

方波焊机的旋转变压器和电极辊设计与普通低频焊机相同,但具有如下优点:

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录(1) 方波电流虽有交变,但电流强度趋于稳定,近似直流电流,可获得直流焊接的焊接质量。焊接过程没有交流焊接的火花喷溅现象,焊缝均匀美观。

(2) 普通正弦波交流焊接时,焊接速度受到焊接频率的限制。尽管方波焊接电流仍是交变电流,但在每个波形,电流基本稳定,而交变的时间仅仅为1 ms。因此,方波焊接速度并不受焊接频率影响,当时一台200 Hz的方波焊机可以达到90 m/min的焊接速度。

(3) 与直流焊机相比,方波焊机采用旋转变压器技术,消除了导入电流的电刷瓶颈,可以实现大功率焊机。方波焊机的结构简单紧凑,造价明显低于直流焊接。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录方波焊接唯一的问题是对钢带表面质量要求较高,钢带需要酸洗或喷砂处理。特别是后来与高频焊机的竞争中,该点成为致命的劣势。

方波焊机最终实现了人们多年的追求,即结合交流焊接和直流焊接的优点,同时去除两者的缺点。该焊机作为低频焊接技术的扩展,具有划时代的意义,是焊管发展史上巨大成就之一。

方波焊接适用于低碳钢和中碳钢,所能生产的规格范围与低频焊接基本相同。实际上,在焊机操作上,两者没有什么差异。方波焊机逐步取代了直流焊机和交流/直流焊机,因此主要应用于小直径焊管机组,其内毛刺去除困难,或应用于内表面不允许焊接火花喷溅的高清洁钢管。

【作者】 李胜峰  韩宝云

【出版日期】2012-01-28

【摘要】<正>1925年后,美国汽车工业开始加速发展,伴随着持续的石油开采热潮,钢管需求不断扩大。1930年又兴起了天然气开采热潮,使得钢管市场进一步扩大,中大直径钢管开始供不应求。首先获益的是对接焊管制造商,特别是搭接-对接组合工艺的制造商,其次是无缝钢管制造商。共

【刊名】焊管

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