天津高頻焊接H型鋼

唐天經(jīng)理 15222225611

華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應(yīng)焊接的特點(diǎn)及其在異種金屬 焊接中的應(yīng)用

摘要：回顧了華夏天信金屬制品有限公司華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻焊接H型鋼華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應(yīng)的定義和發(fā)展，介紹了華夏天信金屬制品有限公司華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻焊接H型鋼華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應(yīng)加熱焊接的基拳原理和其加熱速度快，焊接熱影響區(qū)小，能量集中，冷卻時(shí)閽短以及環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)。針對(duì)異種金屬焊接存在的難點(diǎn)，綜述了常用的 焊接方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應(yīng)焊的快速加熱和表面集膚效應(yīng)的特點(diǎn)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)異種金屬舒焊和 表面熔覆焊的冶金結(jié)合，接頭性能優(yōu)良。指出感應(yīng)圈的形狀及其與工件之間的相互位置對(duì)加熱的質(zhì)量和效率起至關(guān)重要的作用。研究表明，通過(guò)在鋼表面預(yù)鍍一層鋅作為釬料并改善鋁在鋼上的潤(rùn)濕性，控： 制溫度低于鋼的熔點(diǎn)而高于鋁的熔點(diǎn)，采用華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應(yīng)焊可實(shí)現(xiàn)鋼一鋁良好的直接熔焊結(jié)合。 關(guān)鍵詞：華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應(yīng)；異種金屬；焊接 ，；

1 華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應(yīng)焊的發(fā)展 華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻加熱已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬的熱處理、熔 煉、焊接等方面。感應(yīng)焊是利用交變磁場(chǎng)一電場(chǎng)感應(yīng) 場(chǎng)中工件上的渦流效應(yīng)加熱工件，使工件熔化，從 而實(shí)現(xiàn)焊接的一種方法。焊接設(shè)備由交流電源和感 應(yīng)加熱圈組成。交流電源按其頻率不同分為華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻和 中頻，華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻電源由于頻率高，加熱迅速，應(yīng)用廣泛。

感應(yīng)圈是感應(yīng)加熱設(shè)備的重要元件，交流電源的能 量是通過(guò)它傳遞給焊件而實(shí)現(xiàn)加熱的，通常用紫銅 管制作，工作時(shí)管內(nèi)通水冷卻。感應(yīng)圈可以根據(jù)不 同的需要設(shè)計(jì)成合理的結(jié)構(gòu)，對(duì)于保證焊接質(zhì)量和 提高生產(chǎn)效率有重大的影響，常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有單 式、多螺管式、扁平式、外熱式、內(nèi)熱式等。 感應(yīng)加熱電源早在20世紀(jì)50年代就已經(jīng)出 現(xiàn)，當(dāng)時(shí)主要有：工頻感應(yīng)爐、中頻發(fā)電機(jī)組、電子 管振蕩器式華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻電源【11。20世紀(jì)50年代末硅晶閘管 的出現(xiàn)引發(fā)了感應(yīng)加熱電源技術(shù)的一場(chǎng)革命，感應(yīng)加熱電源及其應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展。到20世紀(jì)80 年代，IGBT開關(guān)器件的發(fā)明使感應(yīng)電源的頻率可 高達(dá)100kHz，功率達(dá)MW級(jí)。

2華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應(yīng)焊接的原理和特點(diǎn) 華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應(yīng)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(yīng)設(shè)備產(chǎn)生的高 頻磁場(chǎng)在磁導(dǎo)材料表面的法拉第電磁效應(yīng)和焦耳 效應(yīng)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(chǎng)中導(dǎo)體內(nèi)所產(chǎn)生的感應(yīng) 電流(單位：A)為閉

I-旦：．4．44BSfNxlO-4一 m Z Z 、7式中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度(單位：D；S為工件受磁場(chǎng)作 用的橫截面積(單位：cm2)擴(kuò)為交流電頻率(單位： Hz)；N為感應(yīng)線圈的匝數(shù)；Z為工件的阻抗(單位：Q)。 由于焦耳效應(yīng)，渦流在金屬材料中產(chǎn)生的熱與 金屬的電阻、感應(yīng)電流的關(guān)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(yīng)的頻率越高，加熱的速度越快。 當(dāng)交流電通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，電流分布是中心密度小、 越接近表面密度越大，當(dāng)電流頻率相當(dāng)高時(shí)，導(dǎo)體 的中心可以沒(méi)有電流，而全部集中在導(dǎo)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(yīng)。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(yīng)具 有集膚效應(yīng)，通常取85％的電流所分布的導(dǎo)體表面 層厚度為電流滲透深度，以表征表面效應(yīng)的強(qiáng)弱，由式(3)確定閉廠■6=4．5x105、／』； (3) 、pJ 式中 占為導(dǎo)體中的電流滲透深度(單位：m)；P為 導(dǎo)體的電阻系數(shù)(單位：Q·m)；肛為導(dǎo)體的磁導(dǎo)率[單 位：T／(A·m)】。 由式(3)可見(jiàn)，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(chǎng)中相鄰兩金屬導(dǎo)體的感應(yīng)電流電流 密度要重新分布。當(dāng)兩導(dǎo)體的電流方向相反時(shí)，最 大值出現(xiàn)在導(dǎo)體內(nèi)側(cè)，反之，最大值出現(xiàn)在導(dǎo)體外 側(cè)，這種現(xiàn)象稱為鄰近效應(yīng)。 華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應(yīng)加熱焊接的特點(diǎn)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(yīng)加熱單位功率高達(dá)500—1 000 kW詹， 所以加熱速度極快，大面積焊接所需時(shí)間只要幾秒，可大大縮短焊接時(shí)間，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。 (2)熱影響區(qū)小、對(duì)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(yīng)加熱的集膚效應(yīng)使得待焊工件的加 熱深度很淺，甚至可以達(dá)到零點(diǎn)幾毫米，僅僅依靠 工件傳熱向芯部導(dǎo)熱，工件任一點(diǎn)在進(jìn)入感應(yīng)器內(nèi) 時(shí)，被急劇加熱到融化溫度，離開感應(yīng)器就進(jìn)入急 劇冷卻狀態(tài)，幾乎沒(méi)有保溫時(shí)間，加熱時(shí)間極短，所 以熱影響區(qū)很小，基本不會(huì)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(xué)性能優(yōu)異。 由于感應(yīng)加熱速度快、能量集中、冷卻時(shí)間短， 獲得的奧氏體晶粒細(xì)，所以感應(yīng)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(shí)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(xué)性能。 (4)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜界面的焊接。 感應(yīng)器加熱頭可以根據(jù)不同工件的加熱需要 設(shè)計(jì)成相應(yīng)的形狀，而極短的加熱時(shí)間能夠?qū)崿F(xiàn)局 部加熱，加熱區(qū)溫度迅速建立，溫度過(guò)渡區(qū)較窄，這 樣感應(yīng)器能夠沿著復(fù)雜界面移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)復(fù)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(yīng)加熱焊接還具有節(jié)能、可重現(xiàn) 性、易于自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是加熱溫度 不易準(zhǔn)確控制，且產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)人體危害較大。

3異種金屬焊接的特點(diǎn)和方法 金屬材料的品種眾多，優(yōu)缺點(diǎn)各不相同。為了充 分發(fā)揮不同材料的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)代工業(yè)中常常要求異種 金屬連接使用，這對(duì)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(qiáng)度高，加之耐腐蝕 性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性優(yōu)良，以及良好的可加工性和可 回收性、儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，已成為一種重 要的輕金屬結(jié)構(gòu)材料。對(duì)于要求結(jié)構(gòu)輕型化和低成 本設(shè)計(jì)與制造的交通工具，鋁合金正廣泛應(yīng)用于高 速船舶、汽車、航空航天和其他一些金屬結(jié)構(gòu)。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(gòu)，上層建筑為鋁合金結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)鋁合金結(jié)構(gòu)與 鋼結(jié)構(gòu)的有效連接，對(duì)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(dǎo)率和熱導(dǎo)率、易于成型以。

焊接工藝 雹琿拽 第41卷

及適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能等優(yōu)良特性使其成為在工程上 廣泛應(yīng)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(shí)存在強(qiáng)度低、硬度低、抗氧化性 差、耐磨性不高等不足，使其應(yīng)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(xué)性能的巨大差異使熔 化焊接困難：熔點(diǎn)相差懸殊；線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率和 熱容量相差很大，容易導(dǎo)致熱應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋；界 面過(guò)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(huì)在焊縫中 形成夾渣。因此，采用傳統(tǒng)的熔焊方法難以實(shí)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(kuò)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(shè)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(guó)Nobel爆炸公司制 造的鋼一鋁過(guò)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(kuò)散焊工件受限且耗能 耗時(shí)，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(yīng)力和變 形小，可完成復(fù)雜形狀、不同金屬甚至金屬與非金 屬的焊接。缺點(diǎn)是焊接接頭強(qiáng)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(yīng)釬焊、爐中釬焊等。