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上海建金高频机有限公司

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高频焊机高效节能的应用分析
相对来说焊管生产企业生产线上电能消耗最大当属高频焊机了, 所以,高频焊机的效率高低直接影响着企业单位能耗的多少,对企业生产成本有着直接的决定作用,而高频焊机功耗效率又被许多外部因素制约。下面就高频焊机的工作原理、影响效能发挥的因素进行分析。


1 高频焊机的工作原理


高频焊机内由一整套独特的电子线路(可控硅或IGBT 技术),将从电网输入进来的低频交流电(50Hz) 转变成高频交流电(一般在100kHz 以上)。高频电流加到电感线圈(即感应器)后,利用电磁感应原理转换成高频磁场,并作用在处于磁场中的金属物体上。利用涡流效应,在金属物体中生成与磁场强度成正比的感生电流(即涡流,此涡流受集肤效应影响,频率越高,越集中于金属物体的表层)。


涡流在金属物体内流动时,会借助于内部所固有的电阻值,利用电流热效应原理生成热量。


这种热量可不是象其它加热方式那样, 要靠外部热量传递进去。它是直接在物体内部生成的。所以,这种加热方式,速度快,效率高。如果需要,它可在瞬间熔化任何金属物。而且,它的加热速度和温度是可控的。


2 影响高频焊机有效功率输出的因素


高频焊机有效的输出功率主要受以下方面影响:


2.1 焊接V 角,最经济高效的角度在2-3°之间。高频焊接主要原理除电磁感应加热外,还有两个重要的效应,即集肤效应和邻近效应,焊接V 角越小,越有利于邻近效应的发挥,从而可以更有效的利用焊机的有效输出功率。


2.2 焊管两个焊接表面的形状,最好是两个表面平行,这样能使得焊接更有效,两表面之间的分子扩散更均匀。


2.3 焊点与挤压辊中心之间的距离。最佳的距离是下图中所标注的距离Lv=Lc, 而Lc 的长度接近于钢管的直径,这样有效地减少了焊接电流所走过得回从而更有效的提高了效率。(见下图)


2.4 焊接温度。焊接温度在焊接过程中起着决定性的作用。温度过高焊接表面会被融化,温度过低则会出现虚焊导致焊接不牢。这就需要生产现场一位有经验的“调型工”师傅来根据经验判断,也可以在焊缝上端安装一个温度传感器,把测好的温度直接反馈到高频焊机的主操作系统当中,进行程序分析,来自动调节输出功率大小,调节焊缝的温度。


2.5 阻抗器(磁棒阵列)的大小、尺寸、位置和冷却方式。阻抗器的主要作用是把电流汇集并且均匀分布在管内外壁上,摆放位置一般距离焊口200-300mm。


一般好的阻抗器的磁饱和功能很高,铁氧体的含量也高。


2.6 钢管本身的物理特性如直径、壁厚、材质等。一般大壁厚、大直径的钢管焊接频率都比较低,相反则比较高。这是因为高频电流的一个渗透能力,频率越高的电流,则越集中在钢管表面,频率越低的电流渗透能力则高。


2.7 感应线圈的设计对高频电源有效功率的输出起着至关重要的作用。


3 影响高频焊机效能发挥的最关键因素———感应线圈(感应器)


感应器的设计要从以下几个方面入手:


3.1 感应器的直径应该略大于钢管的直径,形状应该和钢管的形状一样,例如:圆对圆,方对方,矩形对矩形。


3.2 感应器的冷却应该考虑到充分冷却、均匀冷却,确保冷却快速高效。冷却效果好则效率更高。


3.3 感应器的形状,与钢管壁之间的距离都决定着输出的频率,以及有效功率,如果距离过远则频率将越小,钢管表面的磁场变弱,感应电流变小,有效的输出功率很低。3.4 感应器对工作频率的影响。下面公式中的U 就是匹配电容两端的电压,I 是逆变部分输出的总电流,f 就是电源工作的谐振频率,C 为匹配电容的容值,N 为变压器的变比,从公式中可以看出。当I,N,C, 一定的时候,f 的大小决定U 的大小,f 低的时候,电容耐压U 就会很高,这样会造成对电容的危害,所以感应器的尺寸形状和冷却方式直接决定工作频率的大小。


选择一个设计制造精良的感应器,对保证设备稳定,提高生产效率,降低能源消耗具有非常重要的意义。


高频焊机作为焊管生产企业最大的能耗设备, 必须具备技术先进、服务一流、性能稳定、高效节能的基本特征,方能帮助企业在可持续发展的道路上越走越远。
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