在焊縫處電磁感應(yīng)加熱的應(yīng)用

付啟萬

摘要：介紹了在鍍鋅機(jī)組搭接焊機(jī)焊接高強(qiáng)鋼焊縫杯凸不合格改進(jìn)方案，電磁加熱器應(yīng)用及改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：電磁加熱;焊縫;杯凸;

一、引言

汽車商為降低成本，降低油耗，汽車向輕量化發(fā)展，為保證安全性能汽車商追求高強(qiáng)基板，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)都向著高強(qiáng)鋼方向發(fā)展。

二、現(xiàn)狀

目前國內(nèi)馬鋼合肥板材鍍鋅機(jī)組采用搭接焊接工藝對帶鋼頭尾焊接，焊接DP780、 DP980、22MnB5鋼種時杯凸試驗焊縫不合格，嚴(yán)重制約生產(chǎn)，為了維持高強(qiáng)鋼生產(chǎn)采用火焰加熱焊縫，，浪費(fèi)人力資源，效率低下，安全形勢十分嚴(yán)峻。

三、焊縫杯凸不合格誘因原因分析

窄搭接電阻焊機(jī)的焊接原理是將兩塊帶鋼材料搭接，通以合適的電流，電流流過R（電阻）做功發(fā)熱，當(dāng)熱量不斷積聚致使焊點局部的金屬熔融結(jié)合，而焊接起來。根據(jù)焦耳定律，焊接接頭產(chǎn)生的熱量用公式表示如：Q=0.24I2Rt=0.24VIt

式中：Q—發(fā)熱量;I—電流;R—焊接區(qū)電阻;t—通電時間;V—電極間的電壓

在焊接過程中，I、R、t均為可調(diào)參數(shù)，I的大小可直接在焊接控制器中設(shè)置（改變可控硅的導(dǎo)通角即可實現(xiàn)），并有電流補(bǔ)償功能;改變電極壓力即可改變R的阻值（壓力加大則R減小;壓力減小則R增大）。

杯凸焊縫不合格主要原因有：

1.設(shè)備本體剛度不夠，設(shè)備精度下降，電流、壓力、時間（速度）能力可調(diào)節(jié)范圍不足;

2.焊接時的電流、壓力、時間設(shè)置不合理，及時修正參數(shù)可解決杯凸不合格現(xiàn)象;

3.材料的焊接屬性決定的，含量碳和合金鋼含量越高，焊接后淬硬性越強(qiáng)，熱影響區(qū)小，杯凸會出現(xiàn)不合格現(xiàn)象，通過加熱退火軟化，改善塑性和韌性，可通過杯凸試驗機(jī)測試;

三、電磁加熱感應(yīng)原理及優(yōu)點

利用交變的電流產(chǎn)生交變的磁場，使其中的金屬導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，從而使金屬工件迅速發(fā)熱，有頻率，電流，磁場共同決定。即是通過把電能轉(zhuǎn)化為磁能，使被加熱鋼體感應(yīng)到磁能而發(fā)熱的一種加熱

方式。

圖1 電磁加熱原理

四、電磁加熱感應(yīng)應(yīng)用及現(xiàn)象

合肥板材鍍鋅機(jī)組采用電磁感應(yīng)布置，主要主要有加熱器、固態(tài)高頻電源、控制臺、水冷系統(tǒng)等，電磁感應(yīng)布置簡圖如下：

圖2 電磁感應(yīng)布置

1上蓋板;2帶鋼;3感應(yīng)器;4固態(tài)高頻電源;5-上蓋板提升/下降氣缸;6感應(yīng)器上升/下降氣缸;7框架;

對加熱器進(jìn)行初步測試如下：

感應(yīng)加熱器：參數(shù)——輸入：? 380 v，50Hz， 180kVA

輸出：? 300A， max.100kHz，max.150 kW

測試條件： 材料：焊接后的冷軋板（22MnB5）厚度：1.06-1.8mm

測量工具：測溫——手持式紅外線測溫儀 測時——秒表 鋼卷尺

對焊縫退火裝置使用過程進(jìn)行測試，總的來說厚度1.36mm以下，退火效果還可以，厚度1.40 mm以上效果不佳，未達(dá)到理想狀態(tài)，雖然加熱溫度可達(dá)950℃，但是加熱寬度為32-35mm，致使熱影響區(qū)較小，造成厚板加熱后焊縫仍會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，帶鋼未能滿足生產(chǎn)放行條件，主要是磁鐵排布不合理，局部受熱不均，加熱寬度小。

圖3 加熱現(xiàn)象：磁鐵排布不合理，局部受熱不均

五、解決措施

前面提到了加熱有三個方面影響因素電流、頻率、磁場，圖3表現(xiàn)很明顯采用條形磁鐵排布不合理，磁阻較大，影響加熱效能。需要定制E導(dǎo)磁材料---減少磁阻，增大磁鐵截面積，提高加熱效率。

圖4 三種磁鐵磁場分布對比

從同樣條件下看條型磁鐵N級和S級之間的磁場密度很明顯小于U型，U型磁場密度又小于E型，所有在同等功率下，E型加熱能量最大，可加熱面積最大，熱影響區(qū)最大，通過改變磁鐵分布目前實際加熱區(qū)域可達(dá)60mm.

其次要加熱過程要模擬退火工藝，分段式加熱即先用大功率一次加熱到目標(biāo)溫度，再用小功率工作使其保溫一段時間，最后使加熱部位自然冷卻。

六.結(jié)論

總之，加熱效果未能達(dá)到預(yù)期，可從電流、頻率、磁場三個方面下手進(jìn)行改進(jìn)，使用電磁感應(yīng)加熱上蓋板使用的材料同樣重要，不可導(dǎo)磁與傳遞熱量且需要耐高溫，不脫落，否則影響帶鋼質(zhì)量且加熱效率低下。