固态高频设备在高频焊管生产中的应用

为 0. 95, 电子管效率 0. 78, 空心变压器效率约为 0. 70, 所以电子管式高频设备整机效率约为 0. 95 ∃ 0. 95 ∃ 0. 95 ∃ 0. 78 ∃ 0. 70% 0. 468 1% 47% 。
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3 固态高频加热设备在焊接钢管中的应用
3. 1 焊接调整
图 6为高频焊管焊接工作原理图, 在使用高
固态高频感应加热设备由整流变压器、水冷 SCR、整流脉冲触发板、低脉动滤波器等组 成, 向 逆变器提供可靠的纹波系数小且平滑的高质量的 DC电源。高质量的 DC电源, 不仅能保证高频设 备本身稳定可靠地工作, 使钢管焊缝的交流线谐 波更小, 所焊钢管焊缝更趋于一条直线, 同时功率 控制稳定可靠。图 3为一般高频直流电源和固态 高频感应加热设备直流电源的波形对比, 从图中 可以看出, 固态高频感应加热设备的直流电源波 形更平滑, 更趋于一条直线。
焊管机组属典型的机电紧密配合设备, 所以 要同时兼顾。那么挤压辊与导向辊之间要留出足
图 5为电子管式高频加热设备原理图, 其调压 效率约为 0. 95, 变压器效率约为 0. 95, 整流效率约
无匹配变压器, 无空心输出变压器, 由振荡元器件 传输给电容器 C 与感应圈 L 谐振输出, 标称功率 为输出功率。而电子管式高频电路中有 T 1高频 输出变压器, 显然效率低。通过计算可以得出, 固 态高频感应加热设备效率高于电子管式高频加热 设备效率 25% ~ 30% 。
应用与开发
焊管 ! 第 33卷第 3期 ! 2010年 3月
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固态高频设备在高频焊管生产中的应用
刘吉和
(保定市三丰电器有限公司, 河北 保定 071000)
摘 要: 介绍了固态高频感应加热设备的基本原理及组成, 并对固态高频设备与电子管高频 设备整机效率进行了对比。阐述了固态高频感应加热设备在高频焊管生产中的焊接机理, 指 出在高频焊管生产过程中, 需进行必要的机电调整, 使其紧密配合, 才能使机组达到最佳状态, 从而提高生产效益, 同时提出了调整措施。 关键词: 固态高频; H FW 焊接; 挤压辊; 焊管机组; 感应圈 中图分类号: TG433 文献标志码: B 文章编号: 1001- 3938 ( 2010) 03- 0043- 06
第 33卷第 3期
刘吉和: 固态高频设备在高频焊管生产中 的应用
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图 4 电子管式高频焊机和固态高频焊机的输出波形对比
2 固态高频与电子管高频整机效率对比
对比图 1和图 5可以看出, 固态高频电路中
固态高频感应加热设备 (图 1), 其变压器效率 约为 0. 95, 可控硅整流效率约为 0. 9, 振荡至输出 效率约为 0. 95。因此固态高频焊机 (电流型 ) 整机 效率约为 0. 95 ∃ 0. 9 ∃ 0. 95% 0. 812 2= 81% 。
冷系统特别适应焊管机组长期连续运行的特点。 图 4为电子管式高频焊机和固态高频焊机的输出 波形对比, 从图中可以看出, 固态高频感应加热设 备工作波形远远优于电子管式高频设备波形, 除具 有纹波系数小、平滑的 DC 电源外, 逆变部分主要 采用了软开关特性技术与合理、精确的槽路匹配, 极大地减少了谐波分量, 且电压、电流均为正弦波。
在 250~ 350kH z被证明是直缝焊钢管感应焊的优 选频率段, 而焊接频率直接决定着钢管所用带钢宽 度和挤压量的大小, 这些都是保证焊接质量的直接 因素和条件。高频率能降低电流穿透深度, 趋肤效 应将焊接电流集中在开口钢管 V 形区焊缝边缘靠 近表面的地方, 迅速将边缘加热 ( 1 350~ 1 450 # ) 形成深浅最佳的黏流层, 然后机械挤压, 以最少的 挤压量达到最佳的焊接, 亦称为锻焊, 所以工作频 率的选择也是高频焊管企业选择高频设备的关键。 1. 2 固态高频感应加热设备组成及性能
图 1 固态高频感应加热设备的基本原理
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实际测量电压波形、电流波形均为正弦波, 如图 2 所示。这正是复合谐振型逆变器效率高的原因, 一般电子管式高频设备的电压波形和电流波形无 法达到图 2所示波形。
图 2 固 态高频感应加热设备振荡波形
复合谐振型逆变器工作频率可达 350 kH z ∀ 50 kH z, 与电子管式设备的频率一样。由直缝焊钢 管的生产实践和高频焊机发展过程来看, 工作频率
( 4) 磁棒 ( 阻抗器 ) 的长度应为感应圈宽度的 2. 5倍左右。非常重要的一点是磁棒前端应超过 挤压辊中心连线 3 ~ 4 mm ( 即 c为 3~ 4 mm ), 那 么磁棒横截面积应为被焊 钢管横截内圆 面积的 70% ~ 75% , 且磁棒不应有晶裂。
( 5) 感应圈内径应控制在大于被焊钢管外径 15% ~ 20% 。单纯从效率的角度讲, 感应圈内径只 要能通过被焊钢管, 间隙越小越好, 但实际是达不 到的, 由于机械部分的快速运动所引起的抖动等原 因必须将此间隙适当放大。
( 6) 挤压辊的挤压力要调整到位。应随机组 大小、钢管直径、壁厚等因素相应调整。
( 7) 带钢的质量。带钢边缘是否平行, 即宽 窄是否一致, 是否有镰刀弯等, 经成型后进入感应 圈前若未能完全去除的毛刺或不规则体将会使焊 接效率下降, 严重时会造成感应圈匝间打火。带 钢宽窄是否符合要求 ( 带钢窄时会影响速度 ), 各 厂家计算带钢宽度时所乘经验系数是不同的。恰 当的宽度既能保证焊缝质量又可保证焊速, 同时 亦能节约原材料。 3. 2 机械调整
A pp lication of Solid state H igh Frequency Equipm en t in H igh Frequen cyW elded P ipe
L IU Ji he
( Baoding Sanfeng E lectr ical Equipm ent Co. , L td. , Baod ing 071000, H ebei, China) Abstrac t: T h is article introduced basic pr inciple and com position of so lid state high frequency induction heating e qu ipm ent, and com prised e fficiency of so lid state h igh frequency equ ipm ent w ith that of e lec tric we lded pipe high fre quency equ ipm ent. It expatiated w e lding m echan ism o f so lid sta te high frequency induc tion heating equ ipm ent dur ing produc tion, and po inted out tha t it is necessary to adjust e lectr ic m ach ine, m ake it fit tight, in order to m ake un it a ch ieve the best effect and increase production effic iency. A t the sam e tim e, ad justm en tm easures was put fo rw ard. K ey word s: so lid state high frequency; H FW w elding; squeeze rol;l w elded p ipe un it; induction coil
V 形区长度对焊缝热影响区宽度的影响大于 焊接频率的影响, 认识到这一点非常重要。缩短 V 形区长度, 使 V 形区带钢两边之和小于带钢宽 度, 这样能减小 V 形区阻抗, 可以增大焊接电流。
调整机械部分使焊缝保持在两挤压辊正中, 不 得左右摆动, 一旦焊缝有偏左、偏右来回摆动, 不但 会造成效率低且焊缝质量不一致, 严重时会造成焊 接失败。尤其三辊以上挤压时还应注意分流问题, 一般小机组不宜采用三辊以上挤压, 如果采用三辊 以上挤压, 可采用一些特殊措施和方法以保证效率 不降低。例如三辊式挤压, 上部压辊可分为三体组 合且加装绝缘, 隔断分流回路。图 7为三辊以上挤 压示意图, 造成焊接效率低的原因是: 图中上部两 侧立辅助压辊若压在汇合点前 ( V形开口侧 ), 会形 成分流回路, 造成效率低, 所以采用三辊以上挤压 时, 上部辅助压辊应设计在汇合点后。现场只要发 现上辅助压辊严重发热, 即可以确认辅助压辊压在 了汇合点前形成了分流回路, 引起严重发热。有些 焊管厂家大量浇水以防辅助压辊损坏, 但忽略了上 面所说的分流问题, 不但效率降低, 而且影响焊缝 质量, 同时降低了压辊的寿命。
频加热设备焊接时应认真调整以下几点以保证最
佳焊接。
( 1) 感应圈无论是 2圈还是 3圈, 自身宽度 a
图 5 电子管式高频加热设备原理图
应该控制在被焊钢管直径的 1~ 1. 2倍。 ( 2) V形开口区 的长度 ( 由感应圈 中心至汇
图 6 高 频焊管焊接工作原理图
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1. 1 固态高频感应加热设备基本原理 固态高频感应加热设备全部采用晶体管逆变
器, 其基本原理见图 1。振 荡元件采 用 MOSFET 大功率器件组成的功率模板式结构。大功率电容 器组 C与电感线圈 L 及可靠的 保护控制电路构 成电流恒定型逆变器, 即全晶体管式高频感应加 热设备。
由图 1可以看出, 槽路是复合谐振型逆变器,
0前 言
1 固态高频感应加热设备概述
随着科学技术的发展和进步, 原高频焊管生 产线中的 关键 设 备 高 频 感应 加热 设 备, 自 2000年后在我国发生着技术上的变革, 即由原来 传统电子管式高频加热设备更换为固态高频加热 设备。由实际统计结果看, 更换为固态高频设备 后, 节电 达 到 20% ~ 25% , 有个 别 实 例能 达 到 30% 左右。但在使用 固态高频加 热设备节 电的 同时, 仍不能忽略设备的机电配合, 以及对一些基 本知识的了解和利用, 只有将机械及外围设备根 据一定的基本知识进行调整, 配合到位, 才能使设 备工作在最佳状态, 达到节约电能的目的, 同时可 降低设备故障率, 否则只更换高频设备部分, 对机 械设备不作调整和机电配合等, 同样达不到明显 的节能效果。
合点的距离 ) 应为被焊钢管直径的 1. 5倍。对大 直径薄壁管, 此值应适当减小。根据生产实际, 有 时机组的制作制约了此值的实现, 那么对 25mm 以下的钢管, 此值又要适当加大。
( 3) V 形区开口角 , 对于碳钢最优为 3& ~ 5&, 对于不锈钢和 有色金属, 为防止假焊 出现, 控制在 5&~ 8&范围内焊接效率较佳。
图 3 一般高频直流电源和固态高频感应加热设备直流电源的波形对比
复合谐振型逆变器整机工作电压低, 机壳内工 作电压 无高电压。水冷陶瓷高 频电源场 效应管 MOSFET 组成的功率模板与高频大功率电容器组 是针对焊管行业直缝焊钢管机组专门设计生产制 造, 电容器以低电压传递大功率, 从而使电弧放电 最小, 并增强可靠性。同时, 所有元器件选择都给 出了相当的裕度, 加上可靠的保护, 控制电路及水
大部分焊管机组效率偏低的主要原因是机电 配合不好, 除了使用效率高的固态高频设备外, 感 应圈的制作、磁棒大小选择及位置、开口角的调整、 挤压辊直径的选择及挤压力、导向辊的合理位置和
机械调整成型等都是影响效率的因素。 通常机械调整不当, 带钢内角会先于外角相
互接触, 发生这种情况是由于带钢在平板时上下 两表面具有相同的宽度, 当成型为管状时, 内表面 压缩, 外表面拉伸使边缘平行。一般拉伸和压缩 会同时发生, 绝大多数发生在精成型过程中, 如果 轧辊磨损或者调整不当, 边缘状态就会不正确, 所 以机械调整成型亦很关键。