Visoko{0}}frekvenčno varjenje(HF varjenje, znano tudi kot visoko-uporovno varjenje, HFW) je visoko{1}}hitrostna-tlačna-tehnologija varjenja, ki se pogosto uporablja v neprekinjeni proizvodnji varjenih cevi, proizvodnji kovinskih profilov in različnih industrijah-množične-združevanja kovin-. V nasprotju s tradicionalnim obločnim varjenjem se VF varjenje ne opira na varilne žice, elektrode ali talil. Namesto tega uporablja visoko{8}}izmenični tok za ustvarjanje lokaliziranega Joulovega segrevanja na robovih obdelovanca, nato pa uporabi mehanski pritisk kovanja, da ustvari tesno metalurško vez med kovinskimi površinami. Ta postopek je jedro ERW (Electric{10}}Resistance{11}}Welded) mlinov cevi, ki proizvajajo velike količine varjenih cevi iz ogljikovega jekla, legiranega jekla in nerjavečega-jekla za konstrukcije, transport tekočin in mehanske komponente.
Izjemne prednosti VF varjenja vključujejo izjemno visoko hitrost varjenja, ozko toplo{0}}območje, visoko porabo materiala in popolnoma samodejno neprekinjeno delovanje. Da bi dosegli stabilno kakovost zvara, morajo operaterji razumeti njegova osnovna elektromagnetna načela, sestavo opreme, postopni-po-potek dela, kritične procesne parametre, značilne napake in-omejitve resničnega sveta. Ta članek pojasnjuje, kako VF varjenje deluje od fizikalnih principov do praktične on-proizvodnje, pri čemer primerja dve glavni različici in povzema izbirna pravila za industrijske aplikacije.
Osnovna fizikalna načela: učinek kože in učinek bližine
Celoten visokofrekvenčni varilni mehanizem je zgrajen na dveh ključnih elektromagnetnih pojavih: kožnem učinku in učinku bližine, ki nadzirata, kako -visokofrekvenčni električni tok teče znotraj kovinskih vodnikov. Industrijsko HF varjenje običajno deluje v frekvenčnem območju od 60 kHz do 500 kHz.
Učinek kože opisuje težnjo visoko{0}}frekvenčnega izmeničnega toka, da se koncentrira na zunanji površini kovinskega prevodnika, namesto da bi se enakomerno porazdelil po celotnem-prerezu. Z naraščanjem frekvence tok prodre le v zelo plitvo površinsko plast. To pomeni, da večina toplote nastaja znotraj tankega robnega območja, namesto da bi ogrevala celotno steno cevi, s čimer se izognemo nepotrebni toplotni poškodbi mikrostrukture navadne kovine.
Učinek bližine nadalje usmerja tok proti dvema vzporednima konvergentnima robovoma traku, ki tvorita šiv cevi v obliki črke V-. Tok raje teče vzdolž najbližjih nasprotnih kovinskih površin. Znotraj odprte cevi pred varjenjem visoko{3}}frekvenčna moč prisili tok, da teče vzdolž obeh robov traku V-reže. Joulova toplota, ki jo ustvari električni upor, v nekaj milisekundah hitro zviša temperaturo roba na-varjenje (približno 1300–1400 stopinj za ogljikovo jeklo), medtem ko telo glavne cevi ostane sorazmerno hladno.
Proizvodnja toplote izvira zgolj iz odpornosti materiala. Zunanji plamen ali oblok ne sodelujeta. Ko robovi dosežejo temperaturo plastičnega kovanja, stiskalni valji izvajajo mehanski pritisk. Oksidi in staljene nečistoče se iztisnejo kot zunanji in notranji zvar, čiste kovinske površine pa se tesno stisnejo skupaj. Kovinski atomi difundirajo po vmesniku in tvorijo trdno -vez brez popolnega taljenja celotnega-preseka.
Dve glavni tehnični različici: kontaktno VF varjenje in indukcijsko VF varjenje
Obstajata dve praktični metodi izvedbe VF varjenja v cevnih mlinih: kontaktni (uporovni) tip in indukcijski tip. Uporabljata enaka fizikalna načela, vendar se razlikujeta po-visokofrekvenčnem prenosu energije na obdelovanec.
noterkontaktno visoko{0}}frekvenčno varjenje, bakreni drsni kontakti neposredno pritisnejo na premikajočo se površino traku blizu spoja v obliki črke V-. Visoko{2}}frekvenčni tok se dovaja v trak s fizičnim stikom. To rešitev odlikuje visoka-učinkovitost prenosa energije in relativno nizka naložba v opremo. Vendar se bakreni kontakti nenehno obrabljajo, kar zahteva pogosto vzdrževanje in zamenjavo. Na končni površini cevi se lahko pojavijo kontaktne sledi. Ta metoda se široko uporablja za proizvodnjo cevi iz ogljikovega-jekla pri srednji in visoki hitrosti.
noterindukcijsko visoko{0}}frekvenčno varjenje, vodno{0}}hlajena indukcijska tuljava iz bakra je nameščena okoli odseka odprte cevi. Med tuljavo in obdelovancem ni fizičnega stika. Izmenični tok znotraj tuljave ustvarja izmenična magnetna polja, ki inducirajo kroženje vrtinčnih tokov znotraj jeklenega traku z elektromagnetno sklopko. Vrtinčasti tokovi se koncentrirajo na robovih šivov zaradi učinkov kože in bližine ter povzročijo potrebno segrevanje. Indukcijsko varjenje preprečuje kontaktne praske in obrabo elektrode. Deluje bolje pri premazanem jeklu, pocinkanih trakovih in nerjavnih-jeklenih ceveh, kjer je kakovost površine ključnega pomena. Njegova pomanjkljivost je nekoliko manjša učinkovitost-prenosa energije in višji začetni stroški opreme.
Nobena različica ne uporablja kovinskega polnila. Končna kakovost zvara je močno odvisna od izhodne moči, hitrosti varjenja, V-kota in stiskalnega tlaka in ne od zunanjega potrošnega materiala.
Celoten delovni proces na alinija za mlin cevi
HF varjenje nikoli ne deluje samostojno; je ena postaja znotraj neprekinjene proizvodne-cevne linije. Celoten potek dela je mogoče razdeliti na pripravo materiala, oblikovanje valja, visokofrekvenčno ogrevanje, stiskalno kovanje, hitro odstranjevanje in stopnje pregleda po -varjenju.
Najprej se pravilno razrezana jeklena tuljava odvije, izravna in dovede v odsek za oblikovanje. Več sklopov oblikovalnih zvitkov postopoma upogne ploščati jekleni trak v krožno odprto-cev. Dva vzdolžna robova se združita in tvorita ozko varilno režo v obliki črke V- tik pred stiskalnimi valji. Bistven je stabilen V-kot: prevelik kot povzroča čezmerno tvorbo oksida; premajhen kot tvega nestabilno nihanje toka in napake pri hladnem varjenju.
Nato se uporabi visoko{0}}frekvenčno napajanje prek kontaktnih čevljev ali indukcijske tuljave. Zaradi učinkov kože in bližine teče koncentrirani tok vzdolž obeh robov traku. V milisekundah se temperatura roba dvigne na območje plastičnega kovanja. Ko se cev nenehno premika, vroči robovi prehajajo v par težkih-stiskalnih valjev. Stiskalni valji izvajajo nadzorovan horizontalni kovaški pritisk, zaradi česar trčijo segreti robovi. Nečistoče, oksidi in pre-staljeni material se ekstrudirajo navzven, da nastane zvar (kroglica). Pod toploto in pritiskom čiste kovinske površine dosežejo atomsko -vezo in tvorijo neprekinjen vzdolžni zvar.
Takoj po kovanju se z zunanjim rezalnim orodjem odreže zunanja plast. Pri visoko-ceveh se notranja plast odstrani tudi s posebnimi notranjimi rezalnimi napravami. Zvarjena cev se nato ohlaja, dimenzionira, ravna in rez-. Ne-linijski ne{6}}preskusi, kot sta vrtinčni-tok ali ultrazvočni pregled, odkrijejo napake zvarov neprekinjeno med proizvodnjo. Pri izdelkih tlačnih cevi se hidro-test izvede pozneje, da se preveri tesnost zvara in mehanska celovitost.
Kritični procesni parametri, ki vplivajo na kakovost zvara
Več ključnih parametrov je treba natančno uskladiti za zanesljive rezultate HF varjenja. Nepravilno ujemanje parametrov povzroči resne skrite napake.
Varilna moč določa vnos toplote. Nezadostna moč vodi do nepopolnega zlitja ali hladnih zvarov; prekomerna moč povzroči prežganje-skozi, prekomerno-oksidacijo in grobo zrnato mikrostrukturo znotraj toplotno-območja. Hitrost varjenja je tesno povezana z močjo. Višja hitrost linije na splošno zahteva večjo vhodno moč. Sodobni mlini za cevi dinamično prilagajajo moč glede na nihanja hitrosti linije.
Pritisk stiskanja in kovanja je še en odločilen dejavnik. Nizek tlak ne uspe popolnoma odstraniti oksidov in nečistoč, kar ustvarja vključke ali pomanjkanje--fuzijskih napak. Prevelik pritisk povzroči čezmerno zmanjšanje debeline stene-in pokanje zvara. V-konvergenčni kot robov traku vpliva tudi na stabilnost toka in nastajanje oksida. Pomembno je tudi stanje površine materiala: olje, rja in umazanija na robovih trakov povzročajo poroznost in vključke žlindre znotraj zvarnih šivov.
Razdalja od ogrevalnega območja (kontaktov ali indukcijske tuljave) do stiskalnih valjev mora biti v razumnem območju. Prevelika razdalja omogoča, da se vroči robovi ohladijo in ponovno -oksidirajo pred kovanjem, kar poslabša učinkovitost spoja.
Prednosti, omejitve in tipične napake zvara
Zaradi glavnih prednosti VF varjenja je prevladujoče pri-serijski proizvedenih varjenih ceveh. Njegova hitrost varjenja lahko doseže več deset ali celo več kot sto metrov na minuto, kar daleč presega metode obločnega-varjenja. Dovod toplote je skoncentriran znotraj ozkega območja, tako da toplotno-prizadeto območje ostane majhno, mehanske lastnosti navadne-kovine pa so dobro ohranjene. Ni potrebna polnilna žica ali talilo, kar znižuje tekoče stroške. Celoten proces se dobro prilagaja popolnoma avtomatiziranim proizvodnim linijam.
Kljub temu ima tudi VF varjenje jasne omejitve. Najbolj primeren je za obdelovance z neprekinjenim ravnim -šivom, kot so okrogle, kvadratne ali pravokotne cevi. Kompleksni ne-linearni spoji niso praktični. Nastavitev parametrov zahteva bogate izkušnje operaterja. Če se krmiljenje procesa premakne, se lahko pojavijo številne morebitne napake.
Pogoste napake vključujejo pomanjkanje--zlitja zaradi nezadostne moči ali stiskalnega tlaka, prežgan-zaradi pre-gretja, poroznost in vključke zaradi kontaminiranih robov traku ter pokanje zvara zaradi neustreznega tlaka ali hitrosti hlajenja. Okvarjenih zvarov ni mogoče popraviti na spletu-; poškodovane dele je treba izrezati.
Industrijske aplikacije in primerjava z alternativnimi tehnologijami
HF varjenjeje osnovna proizvodna tehnologija za jeklene cevi ERW, ki se uporabljajo pri gradnji jeklenih konstrukcij, vodovodnih-plinovodov, mehanskih cevi,-valjanih votlih profilov in avtomobilskih strukturnih komponent. Obdeluje ogljikovo jeklo, nizko-legirano jeklo, nekatere vrste nerjavnega-jekla in nekatere-neželezne zlitine. Pri visokotlačnih-cevovodih za prenos-plina se pogosto izvede dodatna normalizacijska obdelava po-varju, da se izboljša žilavost zvara.
V primerjavi z laserskim varjenjem HF varjenje zagotavlja veliko večjo proizvodno hitrost in nižje obratovalne stroške opreme za velike-standardne cevi, medtem ko lasersko varjenje zagotavlja vrhunsko kakovost za tank{1}}visoko{2}}natančne posebne cevi. Obločno-varjenje pod praškom proizvaja debelejše-stenske cevi velikega{6}}premera pri veliko nižji hitrosti, zato te tehnologije služijo različnim tržnim segmentom.
Z-visokofrekvenčnim varjenjem se kovine spajajo s kombinacijo elektromagnetnega segrevanja in mehanskega kovanja. Voden z učinkom kože in učinkom bližine, visoko{2}}frekvenčni tok koncentrira toploto natančno na robovih trakov odprtih cevi. Kontaktni-tip in indukcijski-tip sta dva praktična pristopa za dostavo energije. Celoten potek dela vključuje oblikovanje valja, lokalizirano hitro segrevanje, stiskanje, odstranjevanje bliskov in pregled kakovosti. Kakovost zvara je odvisna od skrbnega usklajevanja med močjo, hitrostjo, stiskalnim pritiskom, V-kotom in stanjem površine materiala.
HF varjenje se odlikuje po-hitrostni neprekinjeni množični proizvodnji varjenih cevi in profilov z nizkimi stroški delovanja in ozkimi toplotno{1}}območji, vendar zahteva strog nadzor postopka, da se izognemo napakam pri taljenju, poroznosti in razpokam. Razumevanje delovanja VF varjenja pomaga proizvodnim inženirjem, strokovnjakom za nabavo in uporabnikom opreme nastaviti ustrezna delovna okna, oceniti kakovost izdelkov in izbrati ustrezne proizvodne rešitve za sodobne kovinske-projekte izdelave. Ker proizvodni standardi postajajo vse zahtevnejši, -sistemi za samodejni nadzor parametrov z zaprto zanko še naprej izboljšujejo stabilnost in ponovljivost visoko-frekvenčnega varjenja.
