CN107442919B - 一种确定生产直缝焊管用阻抗器位置及其尺寸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种确定生产直缝焊管用阻抗器位置及其尺寸的方法。其技术方案是：阻抗器(3)位于直缝焊管(2)内，直缝焊管(2)从感应圈(4)内通过，阻抗器(3)的轴线与直缝焊管(2)的轴线平行；阻抗器(3)的前端与焊接挤压机组的挤压辊(1)的中心线所在平面为同一垂直面，阻抗器(3)的尾端与感应圈(4)的尾端为同一垂直面。阻抗器(3)的横截面面积为直缝焊管(2)的内腔横截面积的42~84%，阻抗器(3)的外表面与焊缝(5)所在处的直缝焊管(2)内壁的间隙a=(1~2)δ，δ表示直缝焊管(2)的壁厚，mm。本发明不仅节省阻抗器(3)的磁棒材料和提高阻抗器(3)的使用寿命，且所获得的感应涡电流和对应的焊接热量密集于V形待焊表面，提高了焊接效率和焊缝接头的质量。

Description

一种确定生产直缝焊管用阻抗器位置及其尺寸的方法
技术领域
本发明属于直缝焊管焊接技术领域。具体涉及一种确定生产直缝焊管用阻抗器位置及其尺寸的方法。
背景技术
高频感应焊管是将原料带卷经开卷、矫直、对接、边部加工等工序处理后，在成型机组中辊弯成管坯，再利用高频电流的“集肤效应”和“邻近效应”将管坯边缘迅速加热到焊接温度进行挤压焊接而成。因此，高频电流“集肤效应”和“邻近效应”的高效利用是高频感应焊管生产必需关注的问题。管坯从通有高频电流的感应线圈中通过时，将产生两路高频感应涡电流：一路沿管坯的周向流动，另一路沿管坯边缘V形待焊面流动；沿管坯待焊面流动的感应涡电流会将待焊面附近的金属迅速加热至焊接温度，而沿管坯周向流动的感应涡电流则是无用的。在管坯内腔放置阻抗器可大幅减少沿管坯周向流动的感应涡电流，从而提高焊接能量的利用效率；阻抗器由磁棒、绝缘壳体及连接装置等组成，其中磁棒的结构、尺寸配置及其在焊接区的位置直接影响感应涡电流集中于待焊面的密集程度和焊接热量，不仅影响焊接效率，也影响焊缝接头质量。
“高频焊接阻抗器”（CN201210513398X）公开了一种便于检查及更换磁棒的高频焊接阻抗器；“一种高频焊机用阻抗器装置”（CN2015210382939）公开了一种通过设置多个加强凸筋以提高其轴向刚度的阻抗器装置。上述阻抗器的效果不仅取决于其结构，还与阻抗器的尺寸配置及其在焊接区中的安装位置密切相关。“关于高频感应焊中感应器和阻抗器的结构与配置”（佟连勋，毕敬东，齐惠娟．关于高频感应焊中感应器和阻抗器的结构与配置[J]．焊管，1996，19(3)：18-25.）认为阻抗器的前端应超过挤压辊中心线1/8吋；“高频焊管生产过程质量控制的三个环节”（陈鹰，扬陈勤．高频焊管生产过程质量控制的三个环节[J]．焊管，2003，26(2): 53-55.）和“影响高频直缝焊管工艺要素的分析”（刘爱民，刘法涛．影响高频直缝焊管工艺要素的分析[J]．焊管，2015，38(11): 29-32.）认为阻抗器前端应与挤压辊中心线一致，而“ERW感应焊管焊缝质量的影响因素分析”（宋志强，孟强，屈德强．ERW感应焊管焊缝质量的影响因素分析[J]．钢管，2012，41(4): 37-41.）认为阻抗器前端应与挤压辊中心线重合或远离挤压辊中心线(10~20)mm。显然，上述文献确定的阻抗器前端与挤压辊中心线沿焊管轴线的相对位置存在差别，且均未给出阻抗器长度尺寸的确定方法。关于焊管横截面切线方向阻抗器位置的确定，“高频焊管生产过程质量控制的三个环节”（陈鹰，扬陈勤．高频焊管生产过程质量控制的三个环节[J]．焊管，2003，26(2)：53-55.）和“ERW感应焊管焊缝质量的影响因素分析”（宋志强，孟强，屈德强．ERW感应焊管焊缝质量的影响因素分析[J]．钢管，2012，41(4): 37-41.）认为阻抗器应与焊管同轴放置，显然，焊管横截面切线方向阻抗器位置的确定与阻抗器横截面几何尺寸密切相关，当几何尺寸允许时，阻抗器轴线偏向焊缝对管坯边缘获得密集的热量更为有利。“关于高频感应焊中感应器和阻抗器的结构与配置”（佟连勋，毕敬东，齐惠娟．关于高频感应焊中感应器和阻抗器的结构与配置[J]．焊管，1996，19(3)：18-25.）和“ERW感应焊管焊缝质量的影响因素分析”（宋志强，孟强，屈德强．ERW感应焊管焊缝质量的影响因素分析[J]．钢管，2012，41(4): 37-41.）认为阻抗器横截面积与焊管内截面积之比应尽可能大，“高频焊管生产过程质量控制的三个环节”（陈鹰，扬陈勤．高频焊管生产过程质量控制的三个环节[J]．焊管，2003，26(2): 53-55.）认为该比值应不小于70%，然而，实际生产表明，大部分焊管生产均难以达到该值。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种确定生产直缝焊管用阻抗器位置及其尺寸的方法，用该方法所获得的感应涡电流和对应的焊接热量密集于V形待焊表面，不仅节省阻抗器的磁棒材料和提高阻抗器的使用寿命，能显著提高焊接效率焊缝接头质量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：阻抗器位于直缝焊管内，直缝焊管从感应圈内通过，阻抗器的轴线与直缝焊管的轴线平行；阻抗器的前端与焊接挤压机组的挤压辊的中心线所在平面为同一垂直面，阻抗器的尾端与感应圈的尾端为同一垂直面。
阻抗器的横截面面积为直缝焊管的内腔横截面积的42~84%，，阻抗器的外表面与焊缝所在处的直缝焊管内壁的间隙a=(1~2)δ，δ表示直缝焊管的壁厚，mm。
为描述方便，上述技术方案将直缝焊管向前运行的方向称之为前，反之为后或为尾。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、阻抗器的前端与焊接挤压机组的挤压辊中心线所在平面为同一垂直面，阻抗器的尾端与感应圈的尾端位于同一垂直面，减小了阻抗器的长度，节省了磁棒材料；
2、阻抗器的横截面面积为直缝焊管的内腔横截面积的42~84%，有利于阻抗器的磁棒散热，提高了阻抗器的使用寿命；
3、本发明所获得的感应涡电流和对应的焊接热量密集集中于V形待焊表面，从而提高了焊接能量的利用效率；
4、本发明散热条件的改善及阻抗器长度的缩短，有效地减少了阻抗器的变形，稳定了磁力线的分布，从而显著提高焊缝接头的质量。
因此，本发明不仅节省阻抗器的磁棒材料和提高阻抗器的使用寿命，所获得的感应涡电流和对应的焊接热量密集于V形待焊表面，显著提高了焊接效率和焊缝接头的质量。
附图说明
图1为本发明的一种示意图；
图2是图1的一种A-A向局部剖示意图；
图3是图1的另一种A-A向局部剖示意图；
图4是图1的又一种A-A向局部剖示意图；
图5是图1的再一种A-A向局部剖示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为描述方便，本具体实施方式将直缝焊管(2)向前运行的方向称之为前，即图1的左边为前，反之为后或为尾。实施例中不再赘述。
实施例1
一种确定生产直缝焊管用阻抗器位置及其尺寸的方法。本实施例所述方法是：
如图1和图2所示，本实施例所述直缝焊管2是边长为180mm和壁厚δ为8mm的方形管，所采用的感应圈4的长度为240mm，感应圈4的前端与挤压辊1中心线的距离为220mm。
如图1所示，阻抗器3位于直缝焊管2内，直缝焊管2从感应圈4内通过，阻抗器3的轴线与直缝焊管2的轴线平行。阻抗器3的前端与焊接挤压机组的挤压辊1的中心线所在平面为同一垂直面，阻抗器3的尾端与感应圈4的尾端为同一垂直面，即阻抗器3的长度为460mm。
如图2所示，阻抗器3的外表面与焊缝5所在处的直缝焊管2内壁的间隙a=δ，δ表示直缝焊管2的壁厚，δ=8mm，则a=8mm。阻抗器3的横截面积为22500mm2，直缝焊管2的内腔横截面积为26896 mm2，阻抗器3的横截面面积为直缝焊管2的内腔横截面积的83.6%。
实施例2
一种确定生产直缝焊管用阻抗器位置及其尺寸的方法。本实施例所述方法是：
如图1和图3所示，本实施例所述直缝焊管2是边长为180mm×100mm和壁厚δ=6mm的矩形管，所采用的感应圈4的长度为220mm，感应圈4的前端与挤压辊1中心线的距离为200mm。
如图1所示，阻抗器3位于直缝焊管2内，直缝焊管2从感应圈4内通过，阻抗器3的轴线与直缝焊管2的轴线平行。阻抗器3的前端与焊接挤压机组的挤压辊1的中心线所在平面为同一垂直面，阻抗器3的尾端与感应圈4的尾端为同一垂直面，即阻抗器3的长度为420mm。
如图3所示，阻抗器3的外表面与焊缝5所在处的直缝焊管2内壁的间隙a=2δ，δ表示直缝焊管2的壁厚，δ=6mm，则a=12mm。阻抗器3的横截面积为6561 mm2，直缝焊管2的内腔横截面积为14784mm2，阻抗器3的横截面面积为直缝焊管2的内腔横截面积的44.4%。
实施例3
一种确定生产直缝焊管用阻抗器位置及其尺寸的方法。本实施例所述方法是：
如图1和图4所示，本实施例所述直缝焊管2是外径为48mm和壁厚δ为4mm的圆管，所采用的感应圈4的长度为55mm，感应圈4的前端与挤压辊1中心线的距离为75mm。
如图1所示，阻抗器3位于直缝焊管2内，直缝焊管2从感应圈4内通过，阻抗器3的轴线与直缝焊管2的轴线平行。阻抗器3的前端与焊接挤压机组的挤压辊1的中心线所在平面为同一垂直面，阻抗器3的尾端与感应圈4的尾端为同一垂直面，即阻抗器3的长度为130mm。
如图4所示，阻抗器3的外表面与焊缝5所在处的直缝焊管2内壁的间隙间隙a=1.5δ，δ表示直缝焊管2的壁厚，δ=4mm，则a=6mm。阻抗器3的横截面积为804mm2，直缝焊管2的内腔横截面积为1256mm2，阻抗器3的横截面面积为直缝焊管2的内腔横截面积的64.0%。
实施例4
一种确定生产直缝焊管用阻抗器位置及其尺寸的方法。本实施例所述方法是：
如图1和图5所示，本实施例所述直缝焊管2是外接圆直径为150mm和壁厚δ为6mm的正六边形管，所采用的感应圈4的长度为235mm，感应圈4的前端与挤压辊1中心线的距离为225mm。
如图1所示，阻抗器3位于直缝焊管2内，直缝焊管2从感应圈4内通过，阻抗器3的轴线与直缝焊管2的轴线平行。阻抗器3的前端与焊接挤压机组的挤压辊1的中心线所在平面为同一垂直面，阻抗器3的尾端与感应圈4的尾端为同一垂直面，即阻抗器3的长度为460mm。
如图4所示，阻抗器3的外表面与焊缝5所在处的直缝焊管2内壁的间隙a=1.75δ，δ表示直缝焊管2的壁厚，δ=6mm，则a=10.5mm。阻抗器3的横截面积为8300mm2，直缝焊管2的内腔横截面积为12038mm2，阻抗器3的横截面面积为直缝焊管2的内腔横截面积的68.9%。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、阻抗器3的前端与焊接挤压机组的挤压辊1中心线所在平面为同一垂直面，阻抗器3的尾端与感应圈4的尾端位于同一垂直面，减小了阻抗器3的长度，节省了磁棒材料。
2、阻抗器3的横截面面积为直缝焊管2的内腔横截面积的42~84%，有利于阻抗器3的磁棒散热，提高了阻抗器3的使用寿命。
3、本具体实施方式所获得的感应涡电流和对应的焊接热量密集集中于V形待焊表面，从而提高了焊接能量的利用效率。
4、本具体实施方式散热条件的改善及阻抗器3长度的缩短，有效地减少了阻抗器3的变形，稳定了磁力线的分布，从而显著提高焊缝接头的质量。
因此，本具体实施方式不仅节省阻抗器3的磁棒材料和提高阻抗器3的使用寿命，所获得的感应涡电流和对应的焊接热量密集于V形待焊表面，显著提高了焊接效率和焊缝接头的质量。

Claims (1)

1.一种确定生产直缝焊管用阻抗器位置及其尺寸的方法，其特征在于， 阻抗器(3)位于直缝焊管(2)内，直缝焊管(2)从感应圈(4)内通过，阻抗器(3)的轴线与直缝焊管(2)的轴线平行；阻抗器(3)的前端与焊接挤压机组的挤压辊(1)的中心线所在平面为同一垂直面，阻抗器(3)的尾端与感应圈(4)的尾端为同一垂直面；
阻抗器(3)的横截面面积为直缝焊管(2)的内腔横截面积的42~84%，阻抗器(3)的外表面与焊缝(5)所在处的直缝焊管(2)内壁的间隙a=(1~2)δ，δ表示直缝焊管(2)的壁厚，mm。
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