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高頻直縫焊管的發(fā)展史

鋼管的生產(chǎn)和使用距今大約有一百多年的歷史。十九世紀(jì)初期，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，人們用鋼板彎成管筒，然后在其搭接的邊緣上加熱，并在短心棒上鍛接成管子，用以制造炮筒，隨后，這種方法得了較大的發(fā)展，1825年左右出現(xiàn)了爐焊鋼管法，這種方法是將金屬帶加熱到焊接溫度以后，從碗模中拉出，從此，焊管才開(kāi)始了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。

1843年以后，無(wú)縫管的生產(chǎn)有了很大的發(fā)展，到1896年，各種生產(chǎn)無(wú)縫管的技術(shù)和設(shè)備相繼出現(xiàn)，使無(wú)縫管的生產(chǎn)從基礎(chǔ)理論，生產(chǎn)工藝到各種輔助設(shè)備都建立了一套比較完整的體系。

與此同時(shí)，由于焊接和成型的技術(shù)不良，焊接鋼管的質(zhì)量不好，加之作為焊管原料的帶鋼和鋼板產(chǎn)量供不應(yīng)求，焊管生產(chǎn)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于無(wú)縫管的生產(chǎn)，焊管產(chǎn)量只占整個(gè)鋼管產(chǎn)量的很小部分。

二十世紀(jì)初，利用霍耳效應(yīng)的電阻焊接技術(shù)開(kāi)始用于焊管生產(chǎn)，約斯特等對(duì)于電阻焊的焊接溫度，焊接壓力，焊接速度及其相互關(guān)系，以及對(duì)焊縫金相組織和機(jī)械性能的影響等，均作了認(rèn)真的研究，同時(shí)，對(duì)于其他成型和焊接工藝問(wèn)題也進(jìn)行了一系列的研究，從而使焊管的質(zhì)量有了明顯的提高。到了三十年代，電焊管生產(chǎn)獲得了普遍的發(fā)展，在這個(gè)期間，焊管的成型技術(shù)也有了很大的改進(jìn)，出現(xiàn)了連續(xù)式直縫焊管成型機(jī)，并得了逐步改進(jìn)與完善。

1938年，卡爾。荷爾澤設(shè)計(jì)的接觸電阻焊管機(jī)（如下圖）已具有現(xiàn)代電焊管機(jī)的規(guī)模，它具有六架成型機(jī)架，一套帶導(dǎo)向輥的焊接裝置，其中包括擠壓輥和毛刺清理裝置，隨后是三架定徑機(jī)和飛剪。

第二次世界大戰(zhàn)后，接觸電焊管生產(chǎn)得到了迅速的發(fā)展，特別是在美國(guó)，首先開(kāi)始了電焊管機(jī)的系列設(shè)計(jì)，美國(guó)最初的系列是以M為代號(hào)的四個(gè)規(guī)格。

M系列焊管機(jī)采用旋轉(zhuǎn)焊接變壓器，其輸出功率為125、300和500千伏安，電流頻率為50~60赫茲，后來(lái)提高到150-180赫，旋轉(zhuǎn)焊接變壓器的結(jié)構(gòu)如下圖1-8所示，其工作原理如圖1-9所示，當(dāng)強(qiáng)度為I的電流沿電阻為R歐姆的導(dǎo)體流動(dòng)時(shí)，t秒后在導(dǎo)體中所產(chǎn)生的熱量為Q=0.24I2RT卡。在焊接過(guò)程中，管坯開(kāi)縫處的電阻大于電流流過(guò)管坯圓周的電阻，因此，在開(kāi)縫處的帶鋼邊緣便會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，這一熱量可以將帶鋼邊緣加熱到焊接溫度。電流通過(guò)旋轉(zhuǎn)焊接變壓器，通過(guò)被絕緣體2隔開(kāi)的環(huán)形電極1 送到管壞的邊緣，將邊緣加熱，隨后在掠奪輥的壓力作用下，加熱到焊管溫度的管坯邊緣被焊接在一起

由于交流電電流強(qiáng)度的周期性變化，因而沿焊縫長(zhǎng)度不可能得到均勻的加熱，當(dāng)電流強(qiáng)度到達(dá)最大值時(shí)，焊縫上各相應(yīng)點(diǎn)即被加熱到溫度或者高于焊接溫度，而當(dāng)電流為零值時(shí)，焊縫上相應(yīng)各點(diǎn)則加熱不足或者達(dá)不到焊接溫度，因而沿焊縫長(zhǎng)度將另一面焊接與未焊接，或者通過(guò)燒與焊接部分相互交替分布的情況，即形成所謂的周期性分布焊點(diǎn)。

焊縫內(nèi)各焊點(diǎn)之間的距離，與焊接速度成正比，而與電流的頻率成反比，各個(gè)焊點(diǎn)之間的距離越小，則焊縫的氣密性越好，焊縫質(zhì)量越高，在相同的焊接速度情況下，提高電流頻率有利用焊縫質(zhì)量，同理，當(dāng)電流為50赫時(shí)，焊接速度可達(dá)30-32米/分，此時(shí)相應(yīng)的各個(gè)焊點(diǎn)之間的距離分為為5和5.33毫米，在此基礎(chǔ)上，如果進(jìn)一步提高焊接速度，將使焊縫質(zhì)量大大變壞，不能滿(mǎn)足實(shí)際需求。

因此，隨后在電阻焊管生產(chǎn)中使用120-360赫的較高頻率。與此同時(shí)還出現(xiàn)了用直流電阻焊，感應(yīng)焊和電弧焊來(lái)生產(chǎn)焊接鋼管，但這些焊接方法的焊速都很低。

頻率為60-360赫的低頻電阻焊在這一時(shí)期得了最廣泛的應(yīng)用，在這個(gè)時(shí)期，全世界差不多80%的焊接鋼管都是采用這種方法生產(chǎn)的，因?yàn)檫@種方法最簡(jiǎn)單，焊接質(zhì)量也有顯著提高，不僅可以生產(chǎn)一般的輸送管和結(jié)構(gòu)管，而且可以生產(chǎn)要求比較高的鍋爐管，直徑從114-500毫米，壁厚從4.75到14.3毫米的石油管也可以采用這種方法進(jìn)行生產(chǎn)，所用的焊機(jī)容量達(dá)4400千伏安，焊速可達(dá)60米/分，交流最陰對(duì)材料的化學(xué)和物理生能限制較少，但對(duì)帶鋼表面，特別是同焊接電極接觸的帶鋼邊緣部分要求較嚴(yán)，不允許有氧化鐵皮和鐵銹，油污等。因此，低頻電阻焊一般都需要用酸洗或噴砂的方法對(duì)帶鋼進(jìn)行處理。這種焊接方法直到今天仍在應(yīng)用。

由于直流電阻焊的供電設(shè)備費(fèi)用太大，應(yīng)用范圍受到限制，它只能用于碳素鋼的焊接，特別是適用焊接質(zhì)量要求高，焊接毛刺小，表面光滑的焊管生產(chǎn)。例如小直徑的冷卻器管用直流電阻焊生產(chǎn)，不需要清除內(nèi)毛刺，其外表面可以同冷拔管相比，直徑大于76或102毫米，壁厚大于4毫米的鋼管生產(chǎn)一般不采用這種方法，因?yàn)橹睆捷^大的鋼管內(nèi)毛刺的清除比較容易，同時(shí)對(duì)表面質(zhì)量的要求也不像對(duì)小直徑管那樣高，因而可以采用交流電阻焊接。

1950年后，生產(chǎn)發(fā)生了一系列變化，特別是1953年，頻率達(dá)450千赫的高頻接觸電阻焊開(kāi)始用于焊管生產(chǎn)，但初期發(fā)展緩慢，直到1960年，世界各國(guó)采用高頻焊的焊管機(jī)組尚為數(shù)不多，1960年以后，高頻接觸電阻焊管生產(chǎn)獲得了極為迅速的發(fā)展，高頻焊管機(jī)組在各國(guó)大量的建設(shè)起來(lái)，隨后，借助于環(huán)形感應(yīng)器傳遞能量的高頻感應(yīng)也開(kāi)始用于焊管生產(chǎn)。當(dāng)高頻接觸取得了公認(rèn)的良好效果以后，高頻感應(yīng)焊的應(yīng)用仍然是極其有限的，在高頻焊管生產(chǎn)中，只起到次要的作用。

高頻焊接具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：焊縫熱影響小，加熱速度快，在百分之一時(shí)間內(nèi)就可以使金屬加熱到焊接溫度，（1130-1350℃）因而可以大大提高焊接速度和質(zhì)量，可以焊接不經(jīng)酸洗或噴丸處理的帶鋼，同時(shí)，不便可以焊接碳素鋼，而且可以焊接不銹鋼，鋁合金，銅合金等多種材料，此外，高頻鋼管的能量消耗低，效率高，由于高頻焊所具有的這些優(yōu)點(diǎn)，因而在70年代，不但新建的中小直徑電焊管機(jī)組普遍采用這種焊接的方法，而且各國(guó)對(duì)原有的低頻焊管機(jī)組也改造為高頻，使機(jī)組的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量有了明顯的提高，產(chǎn)品的規(guī)格和使用范圍也在不斷擴(kuò)大。

1960年以后，中小直徑電焊管的成型技術(shù)，質(zhì)量控制與檢驗(yàn)技術(shù)，精整設(shè)備等各方面都有許多重大的改進(jìn)和革新，

高頻直縫焊管在近二十年來(lái)獲得了巨大的發(fā)展的主要原因是：

1 成本低廉，建廠投資少
2 焊縫質(zhì)量的顯著提高
3 非破壞性檢驗(yàn)技術(shù)的廣泛使用
4 品種和規(guī)格范圍的擴(kuò)大。

此外，焊接鋼管的發(fā)展是以板帶鋼材生產(chǎn)的發(fā)展相適應(yīng)，鋼板卷的大量供應(yīng)是焊管發(fā)展的前提。