唐天經(jīng)理 15222225611

華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應焊接的特點及其在異種金屬 焊接中的應用

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，冷卻時閽短以及環(huán)保、節(jié)能等特點。針對異種金屬焊接存在的難點，綜述了常用的 焊接方法及其優(yōu)缺點。華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應焊的快速加熱和表面集膚效應的特點，使其能夠實現(xiàn)異種金屬舒焊和 表面熔覆焊的冶金結合，接頭性能優(yōu)良。指出感應圈的形狀及其與工件之間的相互位置對加熱的質量和效率起至關重要的作用。研究表明，通過在鋼表面預鍍一層鋅作為釬料并改善鋁在鋼上的潤濕性，控： 制溫度低于鋼的熔點而高于鋁的熔點，采用華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應焊可實現(xiàn)鋼一鋁良好的直接熔焊結合。 關鍵詞：華夏天信金屬制品有限公司高頻焊接H型鋼高頻感應；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)廣泛應用于金屬的熱處理、熔 煉、焊接等方面。感應焊是利用交變磁場一電場感應 場中工件上的渦流效應加熱工件，使工件熔化，從 而實現(xiàn)焊接的一種方法。焊接設備由交流電源和感 應加熱圈組成。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，應用廣泛。

感應圈是感應加熱設備的重要元件，交流電源的能 量是通過它傳遞給焊件而實現(xiàn)加熱的，通常用紫銅 管制作，工作時管內(nèi)通水冷卻。感應圈可以根據(jù)不 同的需要設計成合理的結構，對于保證焊接質量和 提高生產(chǎn)效率有重大的影響，常見的結構形式有單 式、多螺管式、扁平式、外熱式、內(nèi)熱式等。 感應加熱電源早在20世紀50年代就已經(jīng)出 現(xiàn)，當時主要有：工頻感應爐、中頻發(fā)電機組、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50年代末硅晶閘管 的出現(xiàn)引發(fā)了感應加熱電源技術的一場革命，感應加熱電源及其應用得到了飛速的發(fā)展。到20世紀80 年代，IGBT開關器件的發(fā)明使感應電源的頻率可 高達100kHz，功率達MW級。

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，反之，最大值出現(xiàn)在導體外 側，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實現(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 要的輕金屬結構材料。對于要求結構輕型化和低成 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構。例如 高速巡邏艇和豪華游艇大多采用主船體為鋼質結 構，上層建筑為鋁合金結構。為了實現(xiàn)鋁合金結構與 鋼結構的有效連接，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。