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高频直缝焊管的发展史

2014-10-30    来源:    作者:佚名  阅读:次  【打印此页】

钢管的生产和使用距今大约有一百多年的历史。十九世纪初期,由于战争的需要,人们用钢板弯成管筒,然后在其搭接的边缘上加热,并在短心棒上锻接成管子,用以制造炮筒,随后,这种方法得了较大的发展,1825年左右出现了炉焊钢管法,这种方法是将金属带加热到焊接温度以后,从碗模中拉出,从此,焊管才开始了工业规模的生产。
1843年以后,无缝管的生产有了很大的发展,到1896年,各种生产无缝管的技术和设备相继出现,使无缝管的生产从基础理论,生产工艺到各种辅助设备都建立了一套比较完整的体系。
与此同时,由于焊接和成型的技术不良,焊接钢管的质量不好,加之作为焊管原料的带钢和钢板产量供不应求,焊管生产的发展远远落后于无缝管的生产,焊管产量只占整个钢管产量的很小部分。
二十世纪初,利用霍耳效应的电阻焊接技术开始用于焊管生产,约斯特等对于电阻焊的焊接温度,焊接压力,焊接速度及其相互关系,以及对焊缝金相组织和机械性能的影响等,均作了认真的研究,同时,对于其他成型和焊接工艺问题也进行了一系列的研究,从而使焊管的质量有了明显的提高。到了三十年代,电焊管生产获得了普遍的发展,在这个期间,焊管的成型技术也有了很大的改进,出现了连续式直缝焊管成型机,并得了逐步改进与完善。
1938 年,卡尔。荷尔泽设计的接触电阻焊管机(如下图)已具有现代电焊管机的规模,它具有六架成型机架,一套带导向辊的焊接装置,其中包括挤压辊和毛刺清理装置,随后是三架定径机和飞剪。
第二次世界大战后,接触电焊管生产得到了迅速的发展,特别是在美国,首先开始了电焊管机的系列设计,美国最初的系列是以M为代号的四个规格。分别如下:
该系列的设备外形如图所示
M系列焊管机采用旋转焊接变压器,其输出功率为125 300 和500千伏安,电流频率为50~60赫兹,后来提高到150-180赫,旋转焊接变压器的结构如下图1-8所示,其工作原理如图1-9所示,当强度为I的电流沿电阻为R欧姆的导体流动时,t秒后在导体中所产生的热量为Q=0.24I²RT卡。在焊接过程中,管坯开缝处的电阻大于电流流过管坯圆周的电阻,因此,在开缝处的带钢边缘便会产生很大的热量,这一热量可以将带钢边缘加热到焊接温度。电流通过旋转焊接变压器,通过被绝缘体2隔开的环形电极1 送到管坏的边缘,将边缘加热,随后在掠夺辊的压力作用下,加热到焊管温度的管坯边缘被焊接在一起
 
由于交流电电流强度的周期性变化,因而沿焊缝长度不可能得到均匀的加热,当电流强度到达最大值时,焊缝上各相应点即被加热到温度或者高于焊接温度,而当电流为零值时,焊缝上相应各点则加热不足或者达不到焊接温度,因而沿焊缝长度将另一面焊接与未焊接,或者通过烧与焊接部分相互交替分布的情况,即形成所谓的周期性分布焊点,
 
焊缝内各焊点之间的距离,与焊接速度成正比,而与电流的频率成反比,各个焊点之间的距离越小,则焊缝的气密性越好,焊缝质量越高,在相同的焊接速度情况下,提高电流频率有利用焊缝质量,同理,当电流为50赫时,焊接速度可达30-32米/分,此时相应的各个焊点之间的距离分为为5和5.33毫米,在此基础上,如果进一步提高焊接速度,将使焊缝质量大大变坏,不能满足实际需求。
因此,随后在电阻焊管生产中使用120-360赫的较高频率。与此同时还出现了用直流电阻焊,感应焊和电弧焊来生产焊接钢管,但这些焊接方法的焊速都很低。
频率为60-360赫的低频电阻焊在这一时期得了最广泛的应用,在这个时期,全世界差不多80%的焊接钢管都是采用这种方法生产的,因为这种方法最简单,焊接质量也有显著提高,不仅可以生产一般的输送管和结构管,而且可以生产要求比较高的锅炉管,直径从114-500毫米,壁厚从4.75到14.3毫米的石油管也可以采用这种方法进行生产,所用的焊机容量达4400千伏安,焊速可达60米/分,交流最阴对材料的化学和物理生能限制较少,但对带钢表面,特别是同焊接电极接触的带钢边缘部分要求较严,不允许有氧化铁皮和铁锈,油污等。因此,低频电阻焊一般都需要用酸洗或喷砂的方法对带钢进行处理。这种焊接方法直到今天仍在应用。
由于直流电阻焊的供电设备费用太大,应用范围受到限制,它只能用于碳素钢的焊接,特别是适用焊接质量要求高,焊接毛刺小,表面光滑的焊管生产。例如小直径的冷却器管用直流电阻焊生产,不需要清除内毛刺,其外表面可以同冷拔管相比,直径大于76或102毫米,壁厚大于4毫米的钢管生产一般不采用这种方法,因为直径较大的钢管内毛刺的清除比较容易,同时对表面质量的要求也不像对小直径管那样高,因而可以采用交流电阻焊接。
1950年后,生产发生了一系列变化,特别是1953年,频率达450千赫的高频接触电阻焊开始用于焊管生产,但初期发展缓慢,直到1960年,世界各国采用高频焊的焊管机组尚为数不多,1960年以后,高频接触电阻焊管生产获得了极为迅速的发展,高频焊管机组在各国大量的建设起来,随后,借助于环形感应器传递能量的高频感应也开始用于焊管生产。当高频接触取得了公认的良好效果以后,高频感应焊的应用仍然是极其有限的,在高频焊管生产中,只起到次要的作用。
高频焊接具有一系列的优点:焊缝热影响小,加热速度快,在百分之一时间内就可以使金属加热到焊接温度,(1130-1350℃)因而可以大大提高焊接速度和质量,可以焊接不经酸洗或喷丸处理的带钢,同时,不便可以焊接碳素钢,而且可以焊接不锈钢,铝合金,铜合金等多种材料,此外,高频钢管的能量消耗低,效率高,由于高频焊所具有的这些优点,因而在70年代,不但新建的中小直径电焊管机组普遍采用这种焊接的方法,而且各国对原有的低频焊管机组也改造为高频,使机组的生产能力和产品质量有了明显的提高,产品的规格和使用范围也在不断扩大。
1960年以后,中小直径电焊管的成型技术,质量控制与检验技术,精整设备等各方面都有许多重大的改进和革新,
高频直缝焊管在近二十年来获得了巨大的发展的主要原因是:
1 成本低廉,建厂投资少
2 焊缝质量的显著提高
3 非破坏性检验技术的广泛使用
4 品种和规格范围的扩大。
此外,焊接钢管的发展是以板带钢材生产的发展相适应,钢板卷的大量供应是焊管发展的前提。