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电磁感应加热与焊接技术的相互作用

发表时间:2019-03-28 22:42

在管道和压力容器的焊前预热和焊后热处理(消氢、去应力退火等)工艺中,采用电磁感应加热取代火焰或电热片具有加热速度快、能量利用率高、加热成本低等优势。然而,在焊前预热工艺中,经常会遇到需要一边焊接一边加热的工况,因而需要分析焊接工艺和感应加热工艺之间的相互影响。窄间隙埋弧自动焊为例,首先分析感应加热工艺对焊接工艺的影响。


通常感应线圈内通过的是中高频交流电(5-30kHz,感应加热电源带有频率自动跟踪功能),感应线圈内产生同频率的交变磁场。从理论上说,中高频交变磁场的频率较高,对直流埋弧焊电弧的形态几乎不产生影响。青岛海越机电科技有限公司曾经做过大量边加热边进行SAW、MMA和TIG焊接的实验,实验结果表明,电磁感应加热对SAW和MMA的起弧、焊接和熄弧过程都没有影响,对TIG的焊接和熄弧也没有影响;但对使用高频震荡起弧的TIG起弧过程有影响,会一定程度上降低起弧的成功率。但在上述三种焊接过程中均未发现焊接电弧的磁偏吹现象。此外,中高频交变磁场加热工件本身就有退磁的效果,在加热过程中和加热以后不会对工件产生磁化,因此不影响工件的后续焊接。最后,电磁感应加热线圈产生的交变磁场在工艺设计不合适的条件下会形成一定程度的电磁辐射泄漏,但该电磁辐射强度随距离呈指数下降,在距离感应线圈半米的位置其电磁辐射已经几乎与普通家电产品的相当。如果工艺设计合理,则95%以上的能量会集中于被加热的工件,电磁泄漏可以忽略不计。因此,设计合理的电磁感应工艺对于窄间隙埋弧焊机头几乎没有电磁影响。

其次,焊接工艺对感应加热工艺的影响。焊接过程中电弧的强弧光和焊接飞溅会对感应电缆造成热伤害,电缆温度过高则会影响感应加热效率。埋弧焊接工艺无可见弧光和焊接飞溅,焊接过程中感应电缆的热损伤可忽略。在焊后热处理过程中,需要考虑工件的高温对电缆寿命的影响。通常电缆的绝缘层采用高分子材料制备,对高温极为敏感,一般电缆自身的温度超过200℃后绝缘层即被破坏,电缆的载流能力迅速下降,同时感应输出功率也急剧下降。因此,电缆的耐高温性能对电磁感应加热极为关键。为此有公司开发了空冷耐高温合金电缆,其普通工况可长时间耐温450℃,短时间耐温550℃。此外,还可以采取在工件和电缆之间敷设绝热层的方法。绝热层既可以隔绝工件与电缆之间的热传递,也可以实现对工件加热区的保温,减少工件的热损失,提高能量利用效率。最后,焊接过程中也有可能出现焊接设备对感应电缆的机械损伤。电缆一旦出现大变形、折弯、局部破损等机械损伤,需要及时更换,否则会在感应加热时因为断裂处电阻增大产热导致电缆温度剧升。


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