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        固態(tài)高頻焊接薄壁H型鋼試驗

        2013-06-28 06:29:30保定紅星高頻設備有限公司河北071000軒宗震付立功劉金輝張雪唯
        金屬加工(熱加工) 2013年18期
        關(guān)鍵詞:翼板薄壁固態(tài)

        保定紅星高頻設備有限公司 (河北 071000) 軒宗震 付立功 劉金輝 張雪唯

        州市成人中等專業(yè)學校 (河北 065700) 秦文政

        1. 概述

        H型鋼由上翼板、腹板及下翼板組成,如圖1所示。上翼板與腹板用一臺固態(tài)高頻電源加熱焊接,下翼板與腹板用另一臺固態(tài)高頻電源加熱焊接,兩臺同時工作,連續(xù)焊接。

        圖1 焊接示意

        薄壁H型鋼尺寸如圖2所示,試驗用接觸焊,接觸焊頭如圖3所示。

        圖2 H型鋼

        圖3 H型鋼導電滑塊示意圖

        觸頭為純銅20mm×8mm,接觸面為160mm2,氣缸內(nèi)徑30mm,面積為700mm2,空壓機壓力為2kg/cm2,觸頭與帶鋼的壓力為7cm2×2kg/cm2=140N·m。

        2. 薄壁H型鋼高頻焊接原理

        高頻焊接是根據(jù)兩個電磁效應:趨膚效應和鄰近效應。

        趨膚效應:高頻電流只在導體表層流過,表層的電流密度最大,導體深層電流密度較小,這種高頻交變電流的趨表現(xiàn)象,被稱為電流的趨膚效應。

        高頻交變電流通過導體時,由于趨膚效應的影響,電流只在導體表面層通過,表面層的深度與導體的性質(zhì)和電流頻率的高低有關(guān),故通常將此表面層的深度或厚度稱之為電流穿透深度。

        鄰近效應:兩個相鄰導體各自流過交變高頻電流時,由于電磁相互影響,使電流重新分布,且產(chǎn)生電流偏向一邊的特性,我們稱之為鄰近效應。

        導體間的距離越近,鄰近效應越顯著。鄰近效應與趨膚效應不同之處,在于電流密度的分布不僅取決于導體本身的磁場,而且與鄰近導體磁場的作用有關(guān)。高頻焊接是利用趨膚效應和鄰近效應使電流集中帶鋼邊緣,因而被加熱成熔融(碳鋼1350~1400℃)狀態(tài),然后壓合、冷卻成一體。高頻焊接所包括的三個過程:加熱、壓合、冷卻。

        3. 非對稱型與對稱型焊接試驗

        所謂對稱型是指被焊工件形狀“對稱”,焊接電流的路徑“對稱”,否則就是“非對稱”。如圖1所示,腹板與翼板形狀不對稱。箭頭分別代表接觸焊的觸頭,表示電流由此進去,表示電流由此出來。在焊接過程中,非對稱焊接,腹板邊緣溫度約有1000℃,翼板溫度只有700℃,剛紅。這是由于電流不集中,鄰近效應未能很好發(fā)揮造成的。無論我們怎樣變換觸頭位置、距離及開口角度,都達不到焊接溫度,尤其下翼板電流分散更為明顯,加熱區(qū)變寬,熱量不能集中,是溫度升不上去的原因。如果將上、下翼板從中一分為二,如圖4所示,腹板夾在左右翼板中間,就成了對稱型。

        固態(tài)高頻電源通過接觸焊的觸頭將高頻電流接到左上翼板和右上翼板,另一臺固態(tài)高頻電源接到左下翼板和右下翼板。鄰近效應將帶鋼兩內(nèi)側(cè)加熱至1350~1400℃,壓合輥將處于熔融狀態(tài)帶鋼壓合。

        圖4 對稱型焊接

        實踐證明,焊接壁厚2mm的H型鋼,對稱焊是行之有效的方法,試驗最大焊接電流1500A,最高焊接速度10m/min。

        經(jīng)驗證明,開口角β=4°~7°最佳,圖5為對稱型焊接兩工件的開口示意。壓合輥中心線到接觸焊頭中心的距離為50mm,兩帶鋼邊之間的距離為4.4~6.4mm。

        圖5 對稱焊接開口角

        若以帶鋼邊之間為4.4mm距離為例,計算開口角β=5°。

        調(diào)節(jié)a與β值,能改善焊接效率與焊接質(zhì)量。a值增加,電耗增加,β角減少,加強了鄰近效應。a值在機械安裝位置允許條件下,盡量讓接觸焊觸頭靠近壓合輥。

        本公司對薄壁H型鋼的高頻焊接試驗,使用了兩臺60kW頻率400kHz的固態(tài)高頻焊機,在公司內(nèi)進行了多次試驗,得出對稱焊接是行之有效的方法,并于2013年4月,用于某五金加工廠試驗性生產(chǎn),也取得了滿意的效果。

        4. 結(jié)語

        用固態(tài)高頻焊接薄壁H型鋼,由于節(jié)能降耗,可自動連續(xù)焊接,因而可大幅提高生產(chǎn)速度,降低勞動強度。如果再加大固態(tài)高頻的功率,還可提高焊接速度,增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。

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