固态高频设备在高频焊管生产中的应用
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Ｉ Ｕ ＿— ｅ Ｊ Ｉｈ ｌ ｉ
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 ， 能使机 组 达到 最佳状 态 ， 才
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 Ｗ 焊接 ；挤 压辊 ；焊 管机 组 ；感应 圈 Ｆ 中图分类 号 ：Ｔ ４ ３ 文 献标 志码 ：Ｂ 文章 编 号 ：１ ０ — ９ ８（０ ０ ０ ０ ４ — ６ Ｇ３ ０ １ ３ ３ ２ １ ） ３— ０ ３ ０
Ｄ Ｃ电源 。高质 量 的 Ｄ Ｃ电源 ， 仅能保 证 高频设 不
｛ （ｕ／ ） １ 格 ｓ
备本身稳定 可靠 地 工作 ， 钢 管 焊缝 的交 流线谐 使 波更 小 ， 焊钢管 焊缝更 趋于一 条直线 ， 所 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 ， 图中 从
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ｔ １ ｓ格 ） ／（ ｕ ／ （） ａ 电子 管式 高 频焊 机
ｔ １ ｓ 格） ／（ ／ （） 态高 频 焊机 ｂ固
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
固态高频感应加热设备（ １ ， 图 ）其变压器效率
可 以看 出 ， 固态高 频 感应 加 热设 备 的直 流 电源波
形更平 滑 ， 趋于一 条直线 。 更
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 ３０ｋ ｚ± ５ Ｈ ５ Ｈ ， ０ ｚ与电子管式设备 的频 率一样 。 由直缝 焊钢 ｋ 管 的生产 实践 和高频焊机发展过程来看 ， 工作 频率
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 、 滑 的 Ｄ 平 Ｃ电源 外 ， 变 部分 主要 逆
造， 电容器 以低 电压传递 大功 率 ， 而使 电 弧放 电 从 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
（ ａｄｎ ａｆｎ ｌ ｔｃｌ ｑ ｉ ｅｔ ｏ ，ｔ． Ｂ ｏｉ ７ ０ Ｈ ｂｉＣ ｉａ Ｂ ｏｉｇＳｎｅｇＥｅ ｒ ａ ｕ ｍ ｎ Ｃ ． Ｌｄ ，ａ ｄ ｇ０ ０ ， ｅｅ， ｈｎ ） ｃｉ Ｅ ｐ ｎ １ ０
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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 ＭＯ Ｆ Ｔ组成 的功率 模板 与 高频 大功 率 电容 器组 ＳＥ
是针对焊管行业 直缝焊 钢管 机组 专 门设计 生 产制
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 ， 图 中可以看 出 ， 从 固态 高频 感 应加 热设
近表面的地方 ， 速将 边缘 加热 （ ５ ５ 迅 １ ０～１ ０ｏ ３ ４ Ｃ）
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 。
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 ， 以工 作频 所 率 的选择也是 高频 焊管企业选择高频设备 的关键 。
固态 高频感 应加 热设 备全 部采用 晶体 管逆 变 器 ， 基本原理见 图 １ 其 。振 荡 元 件 采 用 ＭＯ Ｆ Ｔ ＳＥ
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 ， 换 为 固态 高频 设 备 更 后 ， 电 达 到 ２ ％ ～２ ％ ， 个 别 实 例 能 达 到 节 ０ ５ 有 ３ ％左 右 。但 在 使 用 固态 高 频 加 热 设 备 节 电 的 ０ 同时 ， 仍不 能忽 略设 备 的机 电配合 ， 以及对 一些 基
图 １ 固态高频感应加热设备的基本原理
振 荡
焊 管
实 际测量 电压波形 、 电流 波形 均 为正 弦 波 ， 图 ２ 如 所示 。这正 是复 合谐 振 型逆 变器 效率 高 的 原 因 ，
一
在 ２０～ ５ Ｈ 被证 明是 直缝 焊钢 管感应 焊 的优 ５ ３０ｋ ｚ
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
１２ 固态 高频 感应加 热设备 组成及性 能 ．
／ ／ ／ ／ ＾ ＾ …一 ＼ ＼ ＾√ ＼ ＼ ＼
固态 高频感 应加 热设 备 由整 流变 压 器 、 冷 水
Ｓ Ｒ 整流脉冲触发板 、 Ｃ 、 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
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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
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 ，
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 ， 机 对 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 。
０． ５×０． ５ ×０． ８×０． ０— ０ ４ ８ １； ４ ９ ９ ７ ７ ． ６ ７％
３ 固态高频加热设备在焊接钢管中的应用
３ １ 焊 接 调 整 ．
升压变压器
电子管
图 ６为 高频 焊 管 焊接 工 作 原 理 图 ， 在使 用 高 频 加热设 备 焊接 时应认 真调 整 以下几 点 以保 证 最 佳 焊接 。 （ ） 应 圈无论 是 ２圈还 是 ３圈 ， １感 自身 宽度 口
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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 高频 ｌ 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 ２ ％ 一 ０ 。 ５ ３％
图 ５为电子 管式高频加 热设 备原理 图 ， 其调 压 效率约 为 ０９ ， ．５ 变压器效率 约 为 ０９ ， ．５ 整流效 率 约 为 ０９ ， 子 管效 率 ０ ７ ， 心 变 压 器 效 率 约 为 ．５ 电 ．８ 空 ０７ ， 以电子 管式高频设备 整机效率 约为 ０９ ．０所 ．５×
约 为 ０９ ， ．５ 可控 硅 整流 效率 约 为 ０ ９ 振荡 至 输 出 ．， 效 率约为 ０９ 。因此 固态高频 焊机 （ ．５ 电流 型 ） 机 整
效率 约为 ０ ９ ０ ９× ．５ Ｏ ８２２： １ 。 ．５× ． ０ ９ ． １ ８ ％
对 比图 １和 图 ５可 以看 出 ， 固态 高 频 电路 中 无 匹配变 压器 ， 空心输 出变 压器 ， 无 由振 荡元 器件
０ 前
言
１ 固态高频感应加热设备概述
１ １ 固态 高频 感应加 热设 基 本原 理 ．
随着 科学 技术 的发 展 和 进 步 ， 高频 焊 管生 原 产 线 中 的关 键 设 备—— 高 频 感 应 加 热 设 备 ， 自 ２０ ０ ０年 后在 我 国发 生 着技 术 上 的变 革 ， 由原来 即
焊 管 ． ３ 卷第 ３ ．００ ３ 第 ３ 期 ２１ 年 月 ●应 用 与 开 发
固态 高频 设 备在 高频 焊 管 生产 中的应 用
刘 吉 和
（ 定市 三丰 电器 有 限公 司 ，河北 保 定 ０ １０ ） 保 ７０ ０
摘 要 ：介绍 了固态 高频感应 加 热设备 的基 本原 理及 组 成 ， 对 固态 高频 设备 与 电子 管 高频 并 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
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｌ ｔｔ ｉｈ ｆ ｑ ｅ ｃ ； Ｗ ｌｉ ｇ；ｑ ｅ ｚ ｏｌ ｗｅｄ ｄ ｐｐ ｎ ｔ ｉ ｄ ｃｉｎ ｃ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ：ｏ ｉ ｓ ｅ ｈｇ ｒ ｕ ｎ ｙ ＨＦ ｗｅｄ ｎ ｓ ｕ ｅ ｅ ｒ ｌ９ ｌ ｅ ｉ ｅ ｕ ｉ：ｎ ｕ ｔ ｏｌ ｄ ａ ｅ 。 ｏ
ｐｏｕｔ ｎ ａｄｐｉ ｅ ｕ ａ ｉｉ ｎｃｓｍ ｄ ｓｅｅｔｃｍａｈ ｅ ｍａｅｉｆ ｇ ｔｉ ｏｄｒｔ ｎａｅｕ ｉａ ｒ ｃｉ ，ｎ ｏ ｔｄｏｔ ｈｔｔｓ ｅｅｓ Ｔｔ ａｊ ｔ ｌ ｒ ｃｉ ， ｋ ｔ ｔ ｉ ， ｒｅ ｌｋ ｎ — ｄ ｏ ｎ ｔ ｏ ｕ ｃｉ ｎ ｔｈ ｎ ｉ ｏ ｔ
采用 了软开关 特性 技术 与合 理 、 确 的槽路 匹配 ， 精 极大地减 少了谐 波分量 ， 电压 、 且 电流均为正弦波 。
第 ３ 卷第 ３ ３ 期
刘 吉和： 固态高频设备在高频焊管生产 中的应用
蛙
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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 ， 能使机 组 达到 最佳状 态 ， 才
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 Ｗ 焊接 ；挤 压辊 ；焊 管机 组 ；感应 圈 Ｆ 中图分类 号 ：Ｔ ４ ３ 文 献标 志码 ：Ｂ 文章 编 号 ：１ ０ — ９ ８（０ ０ ０ ０ ４ — ６ Ｇ３ ０ １ ３ ３ ２ １ ） ３— ０ ３ ０
Ｄ Ｃ电源 。高质 量 的 Ｄ Ｃ电源 ， 仅能保 证 高频设 不
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备本身稳定 可靠 地 工作 ， 钢 管 焊缝 的交 流线谐 使 波更 小 ， 焊钢管 焊缝更 趋于一 条直线 ， 所 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 ， 图中 从
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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
固态高频感应加热设备（ １ ， 图 ）其变压器效率
可 以看 出 ， 固态高 频 感应 加 热设 备 的直 流 电源波
形更平 滑 ， 趋于一 条直线 。 更
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 ３０ｋ ｚ± ５ Ｈ ５ Ｈ ， ０ ｚ与电子管式设备 的频 率一样 。 由直缝 焊钢 ｋ 管 的生产 实践 和高频焊机发展过程来看 ， 工作 频率
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 、 滑 的 Ｄ 平 Ｃ电源 外 ， 变 部分 主要 逆
造， 电容器 以低 电压传递 大功 率 ， 而使 电 弧放 电 从 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
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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 ＭＯ Ｆ Ｔ组成 的功率 模板 与 高频 大功 率 电容 器组 ＳＥ
是针对焊管行业 直缝焊 钢管 机组 专 门设计 生 产制
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 ， 图 中可以看 出 ， 从 固态 高频 感 应加 热设
近表面的地方 ， 速将 边缘 加热 （ ５ ５ 迅 １ ０～１ ０ｏ ３ ４ Ｃ）
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 。
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 ， 以工 作频 所 率 的选择也是 高频 焊管企业选择高频设备 的关键 。
固态 高频感 应加 热设 备全 部采用 晶体 管逆 变 器 ， 基本原理见 图 １ 其 。振 荡 元 件 采 用 ＭＯ Ｆ Ｔ ＳＥ
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 ， 换 为 固态 高频 设 备 更 后 ， 电 达 到 ２ ％ ～２ ％ ， 个 别 实 例 能 达 到 节 ０ ５ 有 ３ ％左 右 。但 在 使 用 固态 高 频 加 热 设 备 节 电 的 ０ 同时 ， 仍不 能忽 略设 备 的机 电配合 ， 以及对 一些 基
图 １ 固态高频感应加热设备的基本原理
振 荡
焊 管
实 际测量 电压波形 、 电流 波形 均 为正 弦 波 ， 图 ２ 如 所示 。这正 是复 合谐 振 型逆 变器 效率 高 的 原 因 ，
一
在 ２０～ ５ Ｈ 被证 明是 直缝 焊钢 管感应 焊 的优 ５ ３０ｋ ｚ
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
１２ 固态 高频 感应加 热设备 组成及性 能 ．
／ ／ ／ ／ ＾ ＾ …一 ＼ ＼ ＾√ ＼ ＼ ＼
固态 高频感 应加 热设 备 由整 流变 压 器 、 冷 水
Ｓ Ｒ 整流脉冲触发板 、 Ｃ 、 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
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ｔ ２ ５［ ／ ） ／（． １ 格 １ ｓ （） ｂ 同态 高频 感 应 加 热 设 备 角流 电源
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
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 ，
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 ， 机 对 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 。
０． ５×０． ５ ×０． ８×０． ０— ０ ４ ８ １； ４ ９ ９ ７ ７ ． ６ ７％
３ 固态高频加热设备在焊接钢管中的应用
３ １ 焊 接 调 整 ．
升压变压器
电子管
图 ６为 高频 焊 管 焊接 工 作 原 理 图 ， 在使 用 高 频 加热设 备 焊接 时应认 真调 整 以下几 点 以保 证 最 佳 焊接 。 （ ） 应 圈无论 是 ２圈还 是 ３圈 ， １感 自身 宽度 口
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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 高频 ｌ 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 ２ ％ 一 ０ 。 ５ ３％
图 ５为电子 管式高频加 热设 备原理 图 ， 其调 压 效率约 为 ０９ ， ．５ 变压器效率 约 为 ０９ ， ．５ 整流效 率 约 为 ０９ ， 子 管效 率 ０ ７ ， 心 变 压 器 效 率 约 为 ．５ 电 ．８ 空 ０７ ， 以电子 管式高频设备 整机效率 约为 ０９ ．０所 ．５×
约 为 ０９ ， ．５ 可控 硅 整流 效率 约 为 ０ ９ 振荡 至 输 出 ．， 效 率约为 ０９ 。因此 固态高频 焊机 （ ．５ 电流 型 ） 机 整
效率 约为 ０ ９ ０ ９× ．５ Ｏ ８２２： １ 。 ．５× ． ０ ９ ． １ ８ ％
对 比图 １和 图 ５可 以看 出 ， 固态 高 频 电路 中 无 匹配变 压器 ， 空心输 出变 压器 ， 无 由振 荡元 器件
０ 前
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１ 固态高频感应加热设备概述
１ １ 固态 高频 感应加 热设 基 本原 理 ．
随着 科学 技术 的发 展 和 进 步 ， 高频 焊 管生 原 产 线 中 的关 键 设 备—— 高 频 感 应 加 热 设 备 ， 自 ２０ ０ ０年 后在 我 国发 生 着技 术 上 的变 革 ， 由原来 即
焊 管 ． ３ 卷第 ３ ．００ ３ 第 ３ 期 ２１ 年 月 ●应 用 与 开 发
固态 高频 设 备在 高频 焊 管 生产 中的应 用
刘 吉 和
（ 定市 三丰 电器 有 限公 司 ，河北 保 定 ０ １０ ） 保 ７０ ０
摘 要 ：介绍 了固态 高频感应 加 热设备 的基 本原 理及 组 成 ， 对 固态 高频 设备 与 电子 管 高频 并 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
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采用 了软开关 特性 技术 与合 理 、 确 的槽路 匹配 ， 精 极大地减 少了谐 波分量 ， 电压 、 且 电流均为正弦波 。
第 ３ 卷第 ３ 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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