埋弧焊接H型鋼

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2華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應焊接的原理和特點 華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應加熱是利用華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應設備產(chǎn)生的高 頻磁場在磁導材料表面的法拉第電磁效應和焦耳 效應在材料表面產(chǎn)生渦流，利用渦流產(chǎn)生的熱能加 熱材料。在線圈的交變磁場中導體內(nèi)所產(chǎn)生的感應 電流(單位：A)為閉

I-旦：．4．44BSfNxlO-4一 m Z Z 、7式中B為磁感應強度(單位：D；S為工件受磁場作 用的橫截面積(單位：cm2)擴為交流電頻率(單位： Hz)；N為感應線圈的匝數(shù)；Z為工件的阻抗(單位：Q)。 由于焦耳效應，渦流在金屬材料中產(chǎn)生的熱與 金屬的電阻、感應電流的關系式為 Q=t2RT (2) 由式(2)可知，產(chǎn)生的熱量Q與頻率門的平方成 正比，所以華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應的頻率越高，加熱的速度越快。 當交流電通過導體時，電流分布是中心密度小、 越接近表面密度越大，當電流頻率相當高時，導體 的中心可以沒有電流，而全部集中在導體表面，這 種現(xiàn)象稱為華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻電流的表面效應。由于華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應具 有集膚效應，通常取85％的電流所分布的導體表面 層厚度為電流滲透深度，以表征表面效應的強弱，由式(3)確定閉廠■6=4．5x105、／』； (3) 、pJ 式中 占為導體中的電流滲透深度(單位：m)；P為 導體的電阻系數(shù)(單位：Q·m)；肛為導體的磁導率[單 位：T／(A·m)】。 由式(3)可見，頻率，越高，電流滲透深度占越 小，則加熱厚度越薄，能量集中，工件的表面層被迅 速加熱。 華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻磁場中相鄰兩金屬導體的感應電流電流 密度要重新分布。當兩導體的電流方向相反時，最 大值出現(xiàn)在導體內(nèi)側(cè)，反之，最大值出現(xiàn)在導體外 側(cè)，這種現(xiàn)象稱為鄰近效應。 華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應加熱焊接的特點為： (1)加熱速度快、生產(chǎn)效率高。 華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應加熱單位功率高達500—1 000 kW詹， 所以加熱速度極快，大面積焊接所需時間只要幾秒，可大大縮短焊接時間，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。 (2)熱影響區(qū)小、對基體損傷小。 華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應加熱的集膚效應使得待焊工件的加 熱深度很淺，甚至可以達到零點幾毫米，僅僅依靠 工件傳熱向芯部導熱，工件任一點在進入感應器內(nèi) 時，被急劇加熱到融化溫度，離開感應器就進入急 劇冷卻狀態(tài)，幾乎沒有保溫時間，加熱時間極短，所 以熱影響區(qū)很小，基本不會損傷基體。另外，氧化皮 生成極少，即使在空氣中加熱，坯料表面的氧化、脫 碳也非常少。

(3)避免或減少界面脆性化合物的形成，焊接接 頭力學性能優(yōu)異。 由于感應加熱速度快、能量集中、冷卻時間短， 獲得的奧氏體晶粒細，所以感應加熱的工件具有非 常好的金相組織。用于異種金屬焊接則因加熱時間 極短可以減少界面脆性化合物的形成，能夠有效地 提高焊接接頭的力學性能。 (4)實現(xiàn)復雜界面的焊接。 感應器加熱頭可以根據(jù)不同工件的加熱需要 設計成相應的形狀，而極短的加熱時間能夠?qū)崿F(xiàn)局 部加熱，加熱區(qū)溫度迅速建立，溫度過渡區(qū)較窄，這 樣感應器能夠沿著復雜界面移動從而實現(xiàn)復雜界 面的焊接。 另外，華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應加熱焊接還具有節(jié)能、可重現(xiàn) 性、易于自動化生產(chǎn)等優(yōu)點。不足之處是加熱溫度 不易準確控制，且產(chǎn)生的電磁場對人體危害較大。

3異種金屬焊接的特點和方法 金屬材料的品種眾多，優(yōu)缺點各不相同。為了充 分發(fā)揮不同材料的優(yōu)勢，現(xiàn)代工業(yè)中常常要求異種 金屬連接使用，這對于提高材料使用性能、有效利 用金屬資源具有重要意義。 鋁及其合金的密度低、比強度高，加之耐腐蝕 性、導電性、導熱性優(yōu)良，以及良好的可加工性和可 回收性、儲量豐富、價格便宜等特點，已成為一種重 要的輕金屬結(jié)構材料。對于要求結(jié)構輕型化和低成 本設計與制造的交通工具，鋁合金正廣泛應用于高 速船舶、汽車、航空航天和其他一些金屬結(jié)構。例如 高速巡邏艇和豪華游艇大多采用主船體為鋼質(zhì)結(jié) 構，上層建筑為鋁合金結(jié)構。為了實現(xiàn)鋁合金結(jié)構與 鋼結(jié)構的有效連接，對鋼一鋁異種金屬的焊接研究 具有重要的意義。 銅及其合金的高電導率和熱導率、易于成型以。

焊接工藝 雹琿拽 第41卷

及適當?shù)臋C械性能等優(yōu)良特性使其成為在工程上 廣泛應用的一種重要有色金屬材料。但是銅，尤其 是工業(yè)純銅，同時存在強度低、硬度低、抗氧化性 差、耐磨性不高等不足，使其應用范圍受到限制。銅 與鋼、銅與鋁等異種金屬的連接使用能有效改善上 述不足。目前異種金屬的連接主要包括鋁一鋼，鋁一

銅，鋁一鈦，銅一鋼，銅一鈦等。 異種金屬由于物理化學性能的巨大差異使熔 化焊接困難：熔點相差懸殊；線膨脹系數(shù)、熱導率和 熱容量相差很大，容易導致熱應力而產(chǎn)生裂紋；界 面過渡區(qū)易形成脆性的金屬間化合物；有些金屬如 鋁、鈦表面容易生成難熔的氧化物膜，會在焊縫中 形成夾渣。因此，采用傳統(tǒng)的熔焊方法難以實現(xiàn)異 種金屬的有效焊接。 目前異種金屬焊接主要采用激光焊、摩擦焊、 爆炸焊、擴散焊、釬焊等。激光焊能量集中，熱輸入 量小，冷卻速度快，焊接質(zhì)量較好，但設備投資巨 大，難以推廣。摩擦焊和爆炸焊接頭的形狀受到限 制。爆炸焊采用瞬間焊接，限制了脆性化合物的生 成，且界面平整、結(jié)合牢固，目前鋼一鋁焊接主要采 用爆炸焊接。例如，南華高速船舶工程股份有限公 司制造的高速船主要采用法國Nobel爆炸公司制 造的鋼一鋁過渡接頭131。但爆炸焊容易引起母材的變 形，且生產(chǎn)效率低，成本高。擴散焊工件受限且耗能 耗時，效率低。釬焊是異種金屬焊接的主要方法，它 可以避免異種金屬因成分、性能不同造成的熔化焊 接困難，焊接選擇溫度范圍廣泛，焊件的應力和變 形小，可完成復雜形狀、不同金屬甚至金屬與非金 屬的焊接。缺點是焊接接頭強度一般比較低。根據(jù) 釬焊方法的不同又可分為火焰釬焊、電阻釬焊、感 應釬焊、爐中釬焊等。

4華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應焊接在異種金屬焊接中的 應用 目前，華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應焊接主要用于感應釬焊和表面 熔覆焊。感應釬焊是依靠工件在交變磁場中產(chǎn)生的 感應電流的電阻熱使釬料熔化，液態(tài)釬料在毛細作 用下填充間隙從而實現(xiàn)釬焊的一種方法。華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應 加熱釬焊利用華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻交流電來實現(xiàn)釬焊。對于磁場中 要實現(xiàn)釬焊的兩金屬體，只需合理選用感應器，利用 電磁的相鄰效應和端部效應就能使能量集中在兩 金屬體之間的釬焊界面。要想獲得良好的釬焊接頭， 必須考慮釬料的熔化、分布以及熔點的同時性，分

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布的均勻性，這些都與感應器和工件的匹配有關。 感應圈的形狀及其與工件之間的相互位置對加熱 的質(zhì)量和效率起著至關重要的作用，正確設計和選 用感應圈的基本原則是保證焊件加熱迅速，均勻。 為了提高加熱效率，應盡量減小感應圈與焊件之間 的距離最好不要大于2-3toni，必要時可通過加導磁 體改變磁力線狀態(tài)。感應加熱電流頻率的選擇主要 參考對焊接工件溫度分布的要求和對電磁攪拌力 的要求。何鵬等人[41采用ANSYS計算機輔助設計進 行了華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應釬焊溫度場的數(shù)值模擬和感應器的 優(yōu)化設計，可有效改進加熱工藝，提高焊接質(zhì)量。高 頻感應釬焊加熱速度快，加熱溫度范圍寬，短時間 局部集中加熱能夠有效防止接頭區(qū)母材組織的粗 化141，特別適合于難熔異種金屬的連接，而快速凝固 使得焊縫組織均勻，純凈度高，物理和力學性能優(yōu)