从这里了解高频焊机的频率

发布时间:2018-11-25 01:31                

说到高频焊机的频率还要先解释一下什么是高频

在高频焊接领域中的应用是一种交变电流频率在100千赫兹到800千赫兹的频率。工频50或60赫兹首先变换成直流,该直流通过使用真空管结合槽路电容形成的振荡或通过高频功率晶体器件MOSFETs(金属氧化物场效应晶体管)组成的逆变器将直流变换成高频交流电,通过输出装置形成钢管焊接加热源。

所以,简述来说工频转换成高频的步骤即为:工频交流(整流)——>直流(振荡/逆变)——>高频交流

高频电流的特点:

高频电流相比较于50或60赫兹工频电流具有两种不同寻常的特点。首先,工频电流流经的是金属导体(电流载体)的整个截面,而高频电流则只在金属导体(电流载体)的表面流过。频率越高,载体截面利用率越低。该特性称之为“趋肤效应”。

第二,当两个携带高频电流的导体相互靠近时,高频电流将由原来的在金属导体整个表面均匀流动变成电流只在两导体相邻近的表面流动。该特性称之为“临近效应”。

高频电流和焊接的关系

高频电流是非常适合于焊接钢管的。因为他的趋肤效应的特点,电流仅在表面流动并且仅有少量的金属钢带边缘表面被加热,少量的热量形成非常窄的热影响(HAZ)区就可以将金属表面加热到足够高的温度。

热影响区(HAZ)是焊接的一部分,分布于结合线的两边,是被加热到足够高温度而未被熔化并且已经改变了本身晶相接构的区域。

临近效应帮助集中电流向越来越靠近并形成Vee角的两个钢带边缘流动。使工作过程变得更加有效。由钢带边缘在挤压辊前形成的Vee焊接区域必须仔细控制,以求获得最大的电流利用率。

轧机设置问题如轧辊排列不良、轴变形、轧辊磨损过甚都会引起Vee角从一边向另一边游离或引起钢带边缘上下、左右移动。当这些现象发生时,临近效应的特性将引导电流并改变钢带边部流动电流的分布和电流强度,进而引起温度的改变,导致焊接质量的问题。高频电流在这一点上是非常敏感的。

频率和趋肤深度的关系

高频趋肤深度是材料特性、材料温度特性以及频率特性的综合表现。通常较高的频率会有较浅的趋肤深度,较低的频率会有教深的趋肤深度。趋肤深度通常用参考深度来衡量,并且该参数可以通过以下公式进行理论计算。

d=3160√(r/mf)

d = 参考深度

r = 被加热材料电阻系数

f = 频率

m = 材料渗透导磁率

注: 3160 是钢材恒量常数,不同材料有不同的恒量常数。

高频焊接最常用的焊接频率是400千赫兹。然而,对于非常小直径和非常薄壁的高频焊管来说,更高的频率将更加有利于焊接。大壁厚(16mm以上)的高频焊管则易于使用相对较低的频率,通常频率范围为120千赫兹到250千赫兹。

频率和趋肤深度的关系

哪些参数称之为高频焊接关键参数?

焊接功率及效率

功率

通常对于高频焊接来说,对特定规格的管材在特定速度下的焊接,其焊接功率相对来说是恒定的。其产生变数的主要原因来自于下面要谈到的其他相关参数如Vee角大小和长度、稳定性、钢带边缘的平行度、感应加热线圈的尺寸、高频焊接的频率以及阻抗器在实际生产中所使用频率下的特性和冷却效果。不同的频率对该特定条件下的焊接功率也会产生重大影响。下面我们将会谈到。

对实际生产来说,确定焊接功率或焊机功率要综合各方面因素,如生产线速度、挤压辊直径、焊接频率等等。在最大钢管直径和最大壁厚焊接时期望达到的生产速度的不同期望值也对焊机功率的选择影响重大。该期望值通常会直接导致焊机功率配置巨大的变化,同时也给总投资的预算带来压力。对于不同类型的焊机其效率的高低以及对功率位置的不同定义,都会影响到焊机额定功率的实际配置。

效率

效率概念分为两种,首先是焊机效率即对电源的利用率,根据设备工作原理的不同和采用器件的不同,设备对电源的利用率会有很大的不同。通常来说传统的振荡管焊机其效率一般在45%~60%之间。固态焊机(晶体管焊机)由于其产生高频的基理不同(逆变),设备效率相比较于振荡类焊机来说可提高到75~90%。

其二是转换效率,即高频逆变器通过输出传输母线将功率传输到负载(低阻抗负载直接驱动,电流型回路的典型特点)或通过输出变压器进行阻抗变换(将低阻抗的感应线圈负载转换成逆变系统可接受的高阻抗,这是使用输出变压器的主要目的,也是电压型输出回路的典型特点,隔离仅仅是它的附加效果而没有多少实际意义)将该功率转变成对实际生产起直接作用的钢带Vee角开口区域的钢带边部加热功率。该效率受传输母线或输出变压器、设备焊接频率以及外部参数影响较大,即使在最恰当的外部条件下,传输母线功率损失约3~5%,输出变压器功率损失5~8%。从感应线圈输出的功率变为焊接所需的实际功率,其功率损失也要超过3~8%。且随着管径增大,损失加剧。

250kw感应焊接功率在不同焊接频率下对效率/速度的影响

300khz和200khz焊接频率相比,在感应焊方式和相同输出功率250kw的前提下,300khz设备将比200khz设备提高焊接速度约10%。

也就是说在相同焊接功率下或者说相同的电力消耗情况下,300khz频率可以获得比200khz多10%的产量。

每天6小时、每年生产时间按照300天计算生产,76mm钢管以3.5mm壁厚计算,在付出相同的工厂费用情况下,少生产钢管0.29~0.34万吨。

450kw感应焊接功率在不同焊接频率下对效率/速度的影响

300khz和200khz焊接频率相比,在感应焊方式和相同输出功率450kw的前提下,300khz设备将比200khz设备提高焊接速度约10%。

也就是说在相同焊接功率下或者说相同的电力消耗情况下,300khz频率可以获得比200khz多10%的产量。

每天6小时、每年生产时间按照300天计算生产,219钢管以6mm壁厚计算,在付出相同的工厂费用情况下,少生产钢管1.1~1.2万吨。

450kw接触焊功率在不同焊接频率下对效率/速度的影响

300khz和200khz焊接频率相比,在接触焊方式和相同输出功率450kw的前提下,300khz设备将比200khz设备提高焊接速度约10%。

也就是说在相同焊接功率下或者说相同的电力消耗情况下,300khz 频率可以获得比200khz多10%的产量。

每天6小时、每年生产时间按照300天计算生产,219钢管以6mm壁厚计算,在付出相同的工厂费用情况下,少生产钢管2.4~2.6万吨。

以上数据告诉我们:根据实际焊接产品对焊接频率进行合理定位,并且使焊接设备稳定的运行在一个合适的工作频率上,可以有效地提高生产效率10%。

任何时候在焊接频率许可的前提下,较高的频率会比较低的频率更节能,效率更高。

高频焊机必须具备的重要功能

相同壁厚但不同管径的钢管对焊机的影响将远大于相同管径不同壁厚的钢管。

对于焊接设备来说,管径的变化意味着感应加热线圈尺寸的变化,也就是焊机设备输出负载的变化。

在这种情况下怎样保证焊接设备对相同壁厚钢管输出相同的焊接频率至关重要,负载匹配的最显著的作用就在于主动匹配负载的变化,保证焊接频率相同和稳定。

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