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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。