高频焊接原理
高频焊接原理
1 高频焊接的基本原理
所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？
集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。
邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。
这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。
2 高频焊接设备的结构和工作原理
了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流并控制它；成型机由挤压辊架组成，它的作用是将被高频电流熔融的部分加以挤压，排除钢板表面的氧化层和杂质，使钢板完全熔合成一体。
高频发生器过去的焊管机组上使用高频发生器是三回路的：高频发电机组；固体
变频器；电子高频振荡器，后来基本上都改进为单回路的了。调节高频振荡器输出功率的方法有多种，如自耦变压器，电抗法，晶闸管法等。
馈电装置这是为了向管子传送高频电流用的，包括电极触头，感应圈和阻抗器。接触焊中一般采用耐磨的铜钨合金的电极触头，感应焊中采用的是紫铜制的感应圈。阻抗器的主要元件是磁心，它的作用是增加管子表面的感抗，以减少无效电流，提高焊接速度。阻抗器的磁心采用铁氧体，要求它的居里点温度不低于310°，居里点温度是磁心的重要指标，居里点温度越高，就能靠得离焊缝越近，靠得越近，焊接效率也越高。近年来，世界上一些大公司开始采用了固态模块式结构，大大提高了焊接可靠性，保证了焊接质量。如EFD公司设计的WELDAC G2 800高频焊机由以下部分组成：整流及控制单元（CRU），逆变器，匹配及补偿单元（IMC），CRU与IMC间的直流电缆，IMC 到线圈或接触组件。
机器的两个主要部分是CRU及IMC。CRU包括一个带有主隔绝开关及一个全桥二极管整流器的整流部分（它把交流电转换为直流电），一个带有控制装置及外部控制设备界面的控制器。IMC包括逆变器模块，一个匹配变压器以及一个用于为感应线圈提供必需的无功功率的电容组。
主供电电压（3相480V），通过主隔绝开关被送到主整流器中。在主整流器中，主电压被转换为640V的直流电并且通过母线与主直流线缆相连接。直流电通过由数个并联电缆组成的直流电输送线被送到IMC。DC线缆在IMC单元母线上终止。逆变部分的逆变器模块通过高速直流保险同DC母线以并联方式连接在一起。DC电容也与DC 母线连接在一起。
每个逆变器模块构成一个全桥IGBT三极管逆变器。三极管的驱动电路则在逆变器模块内的一个印刷电路板上。直流电由逆变器变为高频交流电。根据具体的负载，交流电的频率范围在100-150KH范围之间。为根据负载对逆变器进行调整，所有逆变器都以并联方式同匹配变压器连接。变压器有数个并联的主绕组，及一个副绕组。变压器的匝数比是固定的。
输出电容由数个并联电容模块组成。电容器以串联方式同感应线圈相连接，因此输出电路也是串联补偿的。电容器的作用是根据感应线圈对无功功率的要求进行补偿，及通过此补偿来使输出电路的共振频率达到所要求的数值。
频率控制系统被设计用来使三极管始终工作在系统的共振频率上。共振频率通过测
量输出电流的频率确定。此频率随即被用来作为开通三极管的时基信号。三极管驱动卡向每个逆变器模块上的每个三极管发送信号来控制三极管何时开通，何时关断。
感应加热系统的输出功率控制是通过控制逆变器的输出电流来控制的。上述控制是通过一个用来控制三极管驱动器的功率控制卡完成的。
输出功率参考值由IMC操纵面板上的功率参考电位计给出，或者由外部控制面板输出给控制系统。此数值被传送给系统控制器后，将与由整流单元测量系统测量出的DC功率数值相比较。控制器包括一个限定功能，它可以根据参考功率值与DC功率测量值的比较结果计算出一个新的输出电流设定值。控制器计算出来的输出功率设定值被送到功率控制卡，此控制卡将根据新的设定值来限定输出电流。
报警系统根据IMC中报警卡的输入信号及IMC，CRU中的各类监视设备发出的信号来工作。报警将显示在工作台上。
控制及整流器单元（CRU）
逆变器，匹配及补偿单元(IMC)
直流线缆输出功率总线，线圈及接触头连接
冷却系统安装在一个自支撑钢框架内，所有部件联结成为一个完整的单元。系统包括：带有电机的循环泵，热交换器（水/水），补偿容器，输出过程端（次输出）压力表，主进水口温度控制阀门，控制阀以及电气柜。主进水口端的热交换器使用未处理的支流水作为冷却用水，次端的热交换器则使用净化后的中性饮用水作为冷却水。未处理的水由恒温阀门控制，它用来测量次输出端的温度。钢框架可以用螺栓固定在门上。
3高频焊接质量控制的要点
影响高频焊接质量的因素很多，而且这些因素在同一个系统内互相作用，一个因素变了，其它的因素也会随着它的改变而改变。所以，在高频调节时，光是注意到频率，电流或者挤压量等局部的调节是不够的，这种调整必须根据整个成型系统的具体条件，从与高频焊接有关联的所有方面来调整。
影响高频焊接的主要因素有以下八个方面：
第一，频率
高频焊接时的频率对焊接有极大的影响，因为高频频率影响到电流在钢板内部的分布性。选用频率的高低对于焊接的影响主要是焊缝热影响区的大小。从焊接效率来说，应尽可能采用较高的频率。100KHz的高频电流可穿透铁素体钢0.1mm, 400KHz则只
能穿透0.04mm,即在钢板表面的电流密度分布,后者比前者要高近2.5倍。在生产实践中,焊接普碳钢材料时一般可选取350KHz~450KHz的频率；焊接合金钢材料，焊接10mm以上的厚钢板时，可采用50KHz~150KHz那样较低的频率，因为合金钢内所含的铬，锌，铜，铝等元素的集肤效应与钢有一定差别。国外高频设备生产厂家现在已经大多采用了固态高频的新技术，它在设定了一个频率范围后，会在焊接时根据材料厚度，机组速度等情况自动跟踪调节频率。
第二，会合角
会合角是钢管两边部进入挤压点时的夹角。由于邻近效应的作用，当高频电流通过钢板边缘时，钢板边缘会形成预热段和熔融段（也称为过梁），这过梁段被剧烈加热时，其内部的钢水被迅速汽化并爆破喷溅出来，形成闪光，会合角的大小对于熔融段有直接的影响。
会合角小时邻近效应显著，有利提高焊接速度，但会合角过小时，预热段和熔融段变长，而熔融段变长的结果，使得闪光过程不稳定，过梁爆坡后容易形成深坑和针孔，难以压合。
会合角过大时，熔融段变短，闪光稳定，但是邻近效应减弱，焊接效率明显下降，功率消耗增加。同时在成型薄壁钢管时，会合角太大会使管的边缘拉长，产生波浪形折皱。现时生产中我们一般在2°--6°内调节会合角,生产薄板时速度较快，挤压成型时要用较小的会合角；生产厚板时车速较慢，挤压成型时要用较大的会合角。有厂家提出一个经验公式：会合角×机组速度≮100，可供参考。
第三，焊接方式
高频焊接有两种方式：接触焊和感应焊。
接触焊是以一对铜电极与被焊接的钢管两边部相接触，感应电流穿透性好，高频电流的两个效应因铜电极与钢板直接接触而得到最大利用，所以接触焊的焊接效率较高而功率消耗较低，在高速低精度管材生产中得到广泛应用，在生产特别厚的钢管时一般也都需要采用接触焊。但是接触焊时有两个缺点：一是铜电极与钢板接触，磨损很快；二是由于钢板表面平整度和边缘直线度的影响，接触焊的电流稳定性较差，焊缝内外毛刺较高，在焊接高精度和薄壁管时一般不采用。
感应焊是以一匝或多匝的感应圈套在被焊的钢管外，多匝的效果好于单匝，但是多匝感应圈制作安装较为困难。感应圈与钢管表面间距小时效率较高，但容易造成感应圈
与管材之间的放电，一般要保持感应圈离钢管表面有5~8 mm的空隙为宜。采用感应焊时，由于感应圈不与钢板接触，所以不存在磨损，其感应电流较为稳定，保证了焊接时的稳定性，焊接时钢管的表面质量好，焊缝平整，在生产如API等高精度管子时，基本上都采用感应焊的形式。
第四，输入功率
高频焊接时的输入功率控制很重要。功率太小时管坯坡口加热不足，达不到焊接温度，会造成虚焊，脱焊，夹焊等未焊合缺陷；功率过大时，则影响到焊接稳定性，管坯坡口面加热温度大大高于焊接所需的温度，造成严重喷溅，针孔，夹渣等缺陷，这种缺陷称为过烧性缺陷。高频焊接时的输入功率要根据管壁厚度和成型速度来调整确定，不同成型方式，不同的机组设备，不同的材料钢级，都需要我们从生产第一线去总结，编制适合自己机组设备的高频工艺。
第五，管坯坡口
管坯的坡口即断面形状，一般的厂家在纵剪后直接进入高频焊接，其坡口都是呈“I”形。当焊接材料厚度大于8~10mm以上的管材时，如果采用这种“I”形坡口，因为弯曲圆弧的关系，就需要融熔掉管坯先接触的内边层，形成很高的内毛刺，而且容易造成板材中心层和外层加热不足，影响到高频焊缝的焊接强度。所以在生产厚壁管时，管坯最好经过刨边或铣边处理，使坡口呈“X”形，实践证明，这种坡口对于均匀加热从而保障焊缝质量有很大关系。
坡口形状的选取，也影响到调节会合角的大小。
焊接接头口设计在焊接工程中设计中是较薄弱的环节，主要是许多钢结构件的结法治坡口设计不是出自焊接工程技术人员之手，硬性套标准和工艺性能较差的坡口屡见不鲜。坡口形式对控制焊缝内部质量和焊接结构制造质量有着很重要作用。坡口设计必须考母材的熔合比，施焊空间，焊接位置和综合经济效益等问题。应先按下式计算横向收缩值ΔB。
ΔB=5.1Aω/t+1.27d
式中Aω——焊缝横截面积，mm3 ,t——板厚，mm，d——焊缝根部间隙，mm。找出ΔB与Aω的关系后，即可根据两者关系列表分析，处理数据，进行优化设计，最后确定矩形管对接焊缝破口形式（图2）。
第六，焊接速度
焊管机组的成型速度受到高频焊接速度的制约，一般来说，机组速度可以开得较快，达到100米/每秒，世界上已有机组速度甚至于达到400米/每秒，而高频焊接特别是感应焊只能在60米/每秒以下，超过10mm的钢板成型，国内机组生产的成型速度实际上只能达到8~12米/每秒。
焊接速度影响焊接质量。焊接速度提高时，有利于缩短热影响区，有利于从熔融坡口挤出氧化层；反之，当焊接速度很低时，热影响区变宽，会产生较大的焊接毛刺，氧化层增厚，焊缝质量变差。当然，焊接速度受输出功率的限制，不可能提得很高。
国内机组操作经验显示，2~3 mm的钢管焊接速度可达到40米/秒，4~6mm的钢管焊接速度可达到25米/秒，6~8 mm的钢管焊接速度可达到12米/秒，10~16 mm的钢管焊接速度在12米/秒以下。接触焊时速度可高些，感应焊时要低些。
第七，阻抗器
阻抗器的作用是加强高频电流的集肤效应和相邻效应，阻抗器一般采用M-XO/N-XO类铁氧化体制造，通常做成Φ10mm×(120--160)mm规格的磁棒，捆装于耐热，绝缘的外壳里，内部通以水冷却。
阻抗器的设置要与管径相匹配，以保证相应的磁通量。要保证阻抗器的磁导率，除了阻抗器的材料要求以外，同时要保证阻抗器的截面积与管径的截面积之比要足够的大。在生产API管等高等级管子时，都要求去除内毛刺，阻抗器只能安放在内毛刺刀体内，阻抗器的截面积相应会小很多，这时采取磁棒的集中扇面布置的效果要好于环形布置。阻抗器与焊接点的位置距离也影响焊接效率，阻抗器与管内壁的间隙一般取6~15 mm，管径大时取上限值；阻抗器应与管子同心安放，其头部与焊接点的间距取10~20 mm，同理，管径大时取大的值。
第八，焊接压力
焊接压力也是高频焊接的主要参数。理论计算认为焊接压力应为100~300MPa，但实际生产中这个区域的真实压力很难测量。一般都是根据经验估算，换算成管子边部的挤压量。不同的壁厚取不同的挤压量，通常2mm以下的挤压量为：3~6 mm时为0.5t~ t；6~10 mm时为0.5t；10 mm以上时为0.3t~0.5t。
API钢管生产中，常出现焊缝灰斑缺陷，灰斑缺陷是难熔的氧化物，为达到消除灰斑的目的，宝钢等厂家多采取了加大挤压力，增加焊接余量的方法，6mm以上钢管的挤压
余量达0.8~1.0的料厚，效果很好。
高频焊接常见的问题及其原因，解决方法：
《1》焊接不牢，脱焊，冷叠；
原因：输出功率和压力太小；
解决方法：1 调整功率；2 厚料管坯改变坡口形状；3 调节挤压力
《2》焊缝两边出现波纹；
原因：会合角太大，
解决方法：1 调整导向辊位置；2 调整实弯成型段；3 提高焊接速度
《3》焊缝有深坑和针孔；
原因：出现过烧
解决方法：1 调整导向辊位置，加大会合角；2 调整功率；3提高焊接速度
《4》焊缝毛刺太高；
原因：热影响区太宽
解决方法：1提高焊接速度；2 调整功率；
《5》夹渣；
原因：输入功率过大，焊接速度太慢
解决方法：1 调整功率；2 提高焊接速度
《6》焊缝外裂纹；
原因：母材质量不好；受太大的挤压力
解决方法：1 保证材质；2 调整挤压力
《7》错焊，搭焊
原因：成型精度差；
解决方法：调整机组成型模辊；
高频焊接是焊管生产中的关键工序，由于系统性的影响因素，至今还需要我们在生产第一线中探索经验，每一台机组都有它的设计和制造差别，每一个操作者也有不同的习惯，也就是说有，机组和人一样，都有自己的个性。我们将这些资料提供给大家，是为了让我们更好得了解高频焊接的基本原理，从而更好地结合自己的生产实践，总结出适合于自己机组的操作规程。
附：API标准关于管子焊接质量的规定
（美国石油学会）API—5L/5CT焊缝标准
API-5CT标准规定：
10.5 压扁试验
10.5.4 第1组试验方法----非整体热处理的管子
试样应在平行板间压扁。在每组压扁试样中，一个试样应在90°位置压扁，另一个试样应在0°位置压扁。试样应压扁至相对管壁相接触为止。在板间距离不小于表 C.23或表E.23规定值时，试样任何部位不应产生裂纹或断裂。在整个压扁过程中，不应出现不良的组织结构、焊缝未熔合、分层、金属过烧或挤出金属等现象。
10.5.5 第1和第2组试验方法----整体热处理的管子
试样应在平行板间压扁，且焊缝处于弯曲程度最大处。由检验人员决定，还应使焊缝位于距弯曲程度最大处90°位置进行压扁试验。试样应压扁至相对管壁相接触为止。在板间距离不小于表C.23或表E.23规定值时，试样任何部位不应产生裂纹或断裂。在整个压扁过程中，不应出现不良的组织结构、焊缝未熔合、分层、金属过烧或挤出金属等现象。
API-5L标准规定：
6.2.2 压扁试验验收标准
压扁试验验收标准如下：
a) 钢级高于A25级的电焊钢管以及规格小于12-3/4的激光焊钢管。
1）对于规定壁厚等于或大于0.500in(12.7mm)，且钢级为X60或更高钢级的钢管原始外径(OD)的三分之二的焊缝应不出现开裂。对所有其他钢级和规定壁厚的钢管，压扁到钢管原始外径的1/2时，焊缝不应出现开裂。
2）对D/t大于10的钢管继续压扁到钢管原始外径(OD)的三分之一，除焊缝之外不应出现焊缝或断裂。
3）对所有D/t的钢管，继续压扁，直到钢管的管壁贴合为止，在整个压扁试验过程中，不得出现分层或过烧金属的现象。
b)对A25钢级的焊接钢管，压扁到钢管原始外径的四分之三焊缝应不出现开裂。继续压扁到到钢管原始外径的60%，除焊缝之外的金属应不出现焊缝或断裂。
注1：对于所有压扁试验，规格小于2-3/8的钢管，焊缝包括熔合线两侧各1/4in（6.4mm）范围内的金属，规格不小于2-3/8的钢管焊缝包括熔合线两侧各1/2in（12.7mm）范围内的金属
注2：对于经过热减径机的电焊钢管，在热减径前进行压扁试验，压扁试验的原始外径由制造厂确定。其他情况下，原始外径为规定外径。
表C.23 电焊管压扁试验板间距离
钢级D/t 最大板间距离mm
H40 ≥16
＜16 0.5D
D×(0.830-0.0206 D/t)
J55、K55 ≥16
3.93~16
＜3.93 0.65D
D×(0.980-0.0206 D/t)
D×(1.104-0.0518 D/t)
M65
N80(a)
L80
C95(a)
P110(b)
Q125(b) 全部
90~28
90~28
90~28
全部
全部D×(1.074-0.0194 D/t)
D×(1.074-0.0194 D/t)
D×(1.074-0.0194 D/t)
D×(1.080-0.0178 D/t)
D×(1.092-0.0140 D/t)
D——管子规定外径，mm。
t——管子规定壁厚，mm。
(a) 如果压扁试样失效于12或6点位置，压扁试验应继续进行，直到剩余试样在3或9点位置失效。12或6点位置上的早期失效不应作为拒收依据。
(b) 见A.5(SR11)。压扁应至少为0.85D。
表E.23 电焊管压扁试验板间距离
钢级D/t 最大板间距离in
H40 ≥16
＜16 0.5D
D×(0.830-0.0206 D/t)
J55、K55 ≥16
3.93~16
＜3.93 0.65D
D×(0.980-0.0206 D/t)
D×(1.104-0.0518 D/t)
M65
N80(a)
L80
C95(a)
P110(b)
Q125(b) 全部
90~28
90~28
90~28
全部
全部D×(1.074-0.0194 D/t)
D×(1.074-0.0194 D/t)
D×(1.080-0.0178 D/t)
D×(1.086-0.0163 D/t)
D×(1.092-0.0140 D/t)
D——管子规定外径，in。
t——管子规定壁厚，in。
（a）如果压扁试样失效于12或6点位置，压扁试验应继续进行，直到剩余试样在3 或9点位置失效。12或6点位置上的早期失效不应作为拒收依据。
（b）见A.5(SR11)。压扁应至少为0.85D。
超声波焊接原理及材料对其的影响
★超声波焊接是热塑性塑料在超声波振动作用下，由于表面分子间摩擦生热而使两块塑料熔接在一起的焊接方法。 超声波金属焊接: 1、超声波金属焊接 超声波金属焊接的优点在于快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工；缺点是所焊接金属件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊点位不能太大、需要加压。超声波金属焊接是一种机械处理过程，在焊接过程中，并无电流在被焊件中流过，也无诸如电焊模式的焊弧产生，由于超声焊接不存在热传导与电阻率等问题，因此对于有色金属材料来说，无疑是一种理想的金属焊接设备系统，对于不同厚度的片材，能有效地进行焊接。 超声波焊接原理: 超声波塑料焊接机超声波塑料焊接原理 当超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。超声波塑料焊接的好坏取决于换能器焊头的振幅，所加压力及焊接时间等三个因素，焊接时间和焊头压力是可以调节的，振幅由换能器和变幅杆决定。这三个量相互作用有个适宜值，能量超过适宜值时，塑料的熔解量就大，焊接物易变形；若能量小，则不易焊牢，所加的压力也不能太大。这个最佳压力是焊接部分的边长与边缘每1mm的最佳压力之积 原理分析图
超声波焊接优点: 1、超声波塑料焊接优点：焊接速度快，焊接强度高、密封性好；取代传统的焊接/粘接工艺，成本低廉，清洁无污染且不会损伤工件；焊接过程稳定，所有焊接参数均可通过软件系统进行跟踪监控，一旦发现故障很容易进行排除和维护。 2、超声波金属焊接优点：1）、焊接材料不熔融，不脆弱金属特性。2）、焊接后导电性好，电阻系数极低或近乎零。3）、对焊接金属表面要求低，氧化或电镀均可焊接。4）、焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料。5）、焊接无火花，环保安全。 超声波金属焊接适用产品: 1）、镍氢电池镍氢电池镍网与镍片互熔与镍片互熔。2）、锂电池、聚合物电池铜箔与镍片互熔，铝箔与铝片互熔。3）、电线互熔，偏结成一条与多条互熔。4）、电线与名种电子元件、接点、连接器互熔。5）、名种家电用品、汽车用品的大型散热座、热交换鳍片、蜂巢心的互熔。6）、电磁开关、无熔丝开关等大电流接点，异种金属片的互熔。7）、金属管的封尾、切断可水、气密。 超音波的熔焊应用方法: 一、熔接法：以超音波超高频率振动的焊头在适度压力下，使二块塑胶的接合面产生摩擦热而瞬间熔融接合，焊接强度可与本体媲美，采用合适的工件和合理的接口设计，可达到水密及气密，并免除采用辅助品所带来的不便，实现高效清洁的熔接。二、铆焊法：将超音波超高频率振动的焊头，压着塑胶品突出的梢头，使其瞬间发热融成为铆钉形状，使不同材质的材料机械铆合在一起。三、埋植：藉着焊头之传道及适当之压力，瞬间将金属零件（如螺母、螺杆等）挤入预留入塑胶孔内，固定在一定深度，完成后无论拉力、扭力均可媲美传统模具内成型之强度，可免除射出模受损及射出缓慢之缺点。四、成型：本方法与铆焊法类似，将凹状的焊头压着于塑胶品外圈，焊头发出超音波超高频振动后将塑胶溶融成形而包覆于金属物件使其固定，且外观光滑美观、此方法多使用在电子类、喇叭之固定成形，及化妆品类之镜片固定等。五、点焊：A、将二片塑胶分点熔接无需预先设计焊线，达到熔接目的。B、对比较大型工件，不易设计焊线的工件进行分点焊接，而达到熔接效果，可同时点焊多点。六、切割封口：运用超音波瞬间发振工作原理，对化纤织物进行切割，其优点切口光洁不开裂、不拉丝。超声波金属焊接机2、超声波金属焊接原理是利用超声频率（超过16KHz ）的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种特殊方法．金属在进行超声波焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，将框框振动能量转变为工作间的摩擦功、形变能及有限的温升．接头间的冶金结合是母材不发生熔化的情况下实现的一种固态焊接．因此它有效地克服了电阻焊接时所产生的飞溅和氧化等现象．超
直流高频电阻焊基本原理介绍
直流高频电阻焊基本原理介绍高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所；接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（E；质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等；所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，；电流；集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时；分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中；方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比；钢板的表面； 高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。 1高频焊接的基本原理 所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，
集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。 2 高频焊接设备的结构和工作原理 了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流并控制它；成型机由挤压辊架组成，它的作用是将被高频电流熔融的部分加以挤压，
逆变电焊机的工作原理
逆变电焊机的基本工作原理： 逆变电焊机主要是逆变器产生的逆变式弧焊电源， 又称弧焊逆变器， 是一种新型的焊接电源。 是将工频（50Hz）交流电， 先经整流器整流和滤波变成直流， 再通过大功率开关电子元件（晶闸管SCR、晶体管GTR、场效应管MOSFET或IGBT），逆变成几kHz~几十kHz的中频交流电， 同时经变压器降至适合于焊接的几十V电压， 再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。 其变换顺序可简单地表示为： 工频交流（经整流滤波）→直流（经逆变）→中频交流（降压、整流、滤波）→直流。即为：AC→DC→AC→DC 因为逆变降压后的交流电， 由于其频率高， 则感抗大， 在焊接回路中有功功率就会大大降低。 所以需再次进行整流。 这就是目前所常用的逆变电焊机的机制。 逆变电源的特点： 弧焊逆变器的基本特点是工作频率高， 由此而带来很多优点。 因为变压器无论是原绕组还是副绕组， 其电势E与电流的频率f、磁通密度B、铁芯截面积S及绕组的匝数W有如下关系：E=4.44fBSW 而绕组的端电压U近似地等于E，即： U≈E=4.44fBSW 当U、B确定后，若提高f，则S减小，W减少， 因此， 变压器的重量和体积就可以大大减小。 就能使整机的重量和体积显著减小。 还有频率的提高及其他因素而带来了许多优点， 与传统弧焊电源比较， 其主要特点如下： 1.体积小、重量轻，节省材料，携带、移动方便。 2.高效节能，效率可达到80%~90%，比传统焊机节电1/3以上。 3.动特性好，引弧容易，电弧稳定，焊缝成形美观，飞溅小。 4.适合于与机器人结合，组成自动焊接生产系统。 5.可一机多用，完成多种焊接和切割过程。
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数摘要：焊接技术主要应用在金属母材热加工上，常用的有电弧焊，电阻焊，钎焊， 电子束焊，激光焊等多种，本文详细介绍了激光焊接的工作原理与工艺参数，还讨论了激光焊接技术在现代工业中的应用，并与其他焊接方法进行对比。研究表明激光焊接技术将逐步得到广泛应用。 关键词：焊接技术；激光焊接；工作原理；工艺参数。 1. 引言 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，
逆变焊机的工作原理
第一章主回路工作原理 一、什么叫主回路 主回路指焊机中提供功率电源的电路部分。 二、主回路原理图（以ARC160例） 三、组成器件说明 1、K——电源开关 用以接通（或切断）与市电（220V、50赫兹）的联系 2、RT——起动电阻 因焊机启动时要给后面的滤波电解电容充电。为避免过大的开机浪涌电流损坏开关及触发空开跳闸，在开机时接入启动电阻，用以限制浪涌电流。正常工作后，启动电阻被继电器短路。实际电路中，为避免因开机浪涌电流冲击造成启动电阻损坏，起动电阻采用了热敏电阻（PTC和NTC），它们具有良好的耐冲击性。 3、J1——继电器 开关接通之后，电流通过启动电阻给滤波电解电容充电，当电容电压达到一定值时，辅助电源开始工作提供24V电，使继电器吸合，将启动电阻短路。 4、DB——硅桥 此硅桥用于一次整流，将市电220V、50赫兹交流电整流后输出308V的直流电。 5、C1——电解滤波电容 整流后输出的308V的直流电为脉动直流，此电容起滤平作用 6、R——放电电阻 在关机以后，滤波电容中存有很高电压，为了安全，用此电阻将存电放掉。 7、C2——高频滤波电容 在高频逆变中，需要给开关管提供高频电流，而电解滤波电容因本身电感及引线电感的原因，不能提供高频电流，因此需要高频电容提供。 8、Q——开关管 开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成全桥逆变器，在驱动信号作用下，将308V直流转 变成100Kz（10万赫兹）交流电的。 9、C3——隔直电容 为避免直流电流流过变压器肇成变压器饱而接入此电容。
10、T1——主变压器 变压器的作用是将308V的高压变换成适合电弧焊接所需要的几十伏的低压。 11、D——快速恢复二极管 D5、D6的作用是二次整流，即将100KHz的高频交流电流再次转变成直流电流。 12、L1——电抗器 电抗器具有平波续流作用，可使输出电流变得连续稳定，保证焊接质量。 13、RF——分流器 分流器是用锰铜制成的大功率小阻值的电阻，用于检测输出电流的大小，提供反馈信号。 四、全桥逆变器工作原理 1、全桥逆变器的电路图 2、全桥逆变器工作原理 全桥逆变器每个工作周期分四个时段，分别为t1、t2、t3、t4，其工作原理如下： t1时段K1、K4导通，K2、K3关断 电流方向：正极K1 C1 T K4 地 t2时段K1、K4、K2、K3关断 无电流 t3时段K1、K4关断，K2、K3导通 电流方向：正极K2 C1 T K3 地 t4时段K1、K4、K2、K3关断 无电流 从上述分析看，在t1与t3时段里，流过变压器T的电流方向正好相反，也就是将直流电变成了交流电。 五、主回路中点波形图
超声波焊接原理【深度解析】
超声波焊接原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。 超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40 KHz 电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料熔化。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。一套超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器，换能器变幅杆/焊头三联组，模具和机架。线性振动摩擦焊接利用在两个待焊工件接触面所产生的摩擦热能来使塑料熔化。热能来自一定压力下，一个工件在另一个表面以一定的位移或振幅往复的移动。一旦达到预期的焊接程度，振动就会停止，同时仍旧会有一定的压力施加于两个工件上，使刚刚焊接好的部分冷却、固化，从而形成紧密地结合。轨道式振动摩擦焊接是一种利用摩擦热能焊接的方法。在进行轨道式振动摩擦焊接时，上部的工件以固定的速度进行轨道运动——向各个方向的圆周运动。运动可以产生热能，使两个塑料件的焊接部分达到熔点。一旦塑料开始熔化，运动就停止，两个工件的焊接部分将凝固并牢牢的连接在一起。小的夹持力会导致工件产生最小程度的变形，直径在10英寸以内的工件可以用应用轨道式振动摩擦进行焊接。 焊接原理 超声波焊接原理：超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，
ZX7逆变焊机工作原理
ZX7逆变焊机工作原理 核心提示: 主电路主要由输入整流器、逆变电路和输出整流器所组成，现以逆变电路为半桥式串联逆变电路为例，如图1 所示。 图1(1) ZX 7 系列逆变直流弧焊机主电路电气原理图(1)
图1(2)ZX 7 系列晶闸管逆变直流弧焊机主电路电气原理图(2) (一) 输入整流器 输入整流电路由三相整流桥堆VC1、限流R2和滤波C1~C4所组成。此外，还有自动空气开关QF1、电阻R1。QF1内有热脱扣和电磁脱扣装置，当发生过载、短路等故障时，能自动切断电源以保护焊机。本开关只作保护用。启动焊机和停止焊接时，应由用户配电板的空气开关控制。R1为压敏电阻，作过电压保护。三相380V的电压经三相桥式整流后以及由于滤波电容的作用，电压高达600V，带电检查焊机的
故障时，应特别注意人身安全，做好防护工作。 (二) 逆变电路 这是主电路的核心部分，它由换向电容C5~C8、开关元件——晶闸管VT7和VT8、主T1、限制冲击电流的L1等组成。现通过其电路简图来说明逆变的原理和过程。 图2 逆变电路简图 参看图2，当VT7被触发导通而VT8为关断时，C5、C6经VT7、器T1的一次绕组N1放电，电流为I1’，电压U5-6逐渐下降至零，于是C5、C6中电场的能量转变成变压器的磁场能量。接着，磁场释放能量而向C5、C6反向充电；与此同时，输入整流器经VT7、N1给电容C7、C8充电，充电电流为I1”。I1’和I1”构成了变压器T1一次侧绕组N1中的正半波电流I1，即I1=I1’+I1”。当C5、C6被反向充电，U5-6为负值时促使VT7关断。 VT7关断后，VT8被触发导通，逆变工作过程与上述相似，即C7、C8经T1的N1、VT8放电，电流为I’2。放电至零时，接着变压器磁场能量向C7、C8反向充电，UC7-8为负值；与此同时，输入整流器向C5、C6充电，电流为I2”。显然，与电流I1方向相反，因而构成了N1中的负半波电流。在UC7-8为负值时，促使VT8关断。 这样，每当VT7和VT8交替导通、关断一次，就在主变压器T1绕组中产生一个周波的电流。晶闸管每秒钟通、断的次数就决定了逆变器的工作频率。 由上述逆变过程可以看出：一个晶闸管关断后，另一个晶闸管才能导通。否则，将造成短路，烧坏晶闸管，并使逆变过程失败。为使逆变器能正常工作，在任意工作范围内，必须使流经晶闸管的瞬时电流过零的时刻（即换向电容放电，电压降到零后又出现负值）至其关断的这段时间间隔tx（称晶闸管的休止时间）均应大于晶闸管的关断时间tq，即 tx>tq 而且，还应该对晶闸管的最高工作频率加以限制，即要求： fm≤1/2tx
超声波焊接机的工作原理
超声波焊接机的工作原理 超音波焊接机的工作原理是： 是通过振荡电路振荡出高频信号由换能器转化成机械能（即频率超出人耳听觉阈的高频机械振动能），该能量通过焊头传导到塑料工件上，以每秒上几十万次的振动加上压力使塑料工件的接合面剧烈摩擦后熔化。振动停止后维持在工件上的短暂压力使两焊件以分子链接方式凝固为一体。一般焊接时间小于1秒钟，所得到的焊接强度可与本体相媲美。超声波塑料焊接机可用于热塑性塑料的对焊，也用于铆焊、点焊、嵌入、切除等加工工艺。根据产品的外观来设计模具的大小、形状。 超声波塑料焊接机由气压传动系统、控制系统、超声波发生器、换能器及工具头和机械装置等组成。 1、气动传动系统 包括有：过滹器、减压阀、油雾器、换向器、节流阀、气缸等。 工作时首先由空压机驱动冲程气缸，以带动超声换能器振动系统上下移动，动力气压在中小功率的超声波焊接中气压根据焊接需要调定。 2、控制系统 控制系统由时间继电器或集成电路时间定时器组成。主要功能是：一是控制气压传动系统工作，使其焊接时在定时控制下打开气路阀门，气缸加压使焊头下降，以一定压力压住被焊物件，当焊接完后保压一段时间，然后控制系统将气路阀门换向，使焊头回升复位；二是控制超声波发生器工作时间，本系统使整个焊接过程实现自动化，操作时只启动按钮产生一个触发脉冲，便能自动地完在本次焊接全过程。整个控制系统的顺序是：电源启动一触发控制信号气压传动系统，气缸加压焊头下降并压住焊触发超声发生器工作，发射超声并保持一定焊接时间去除超声发射继续保持一定压力时间退压，焊头回升焊接结束。 3、超声波发生器 （1）功率较大的超声波塑料焊接机，发生器信号采用锁相式频率自动跟踪电路，使发生器输出的频率基本上与换能器谐振频率一致。
焊管机组操作规程(高频部分)(定稿1).
￠89机组生产操作规程（高频部分） 一、设备组成 300KW固态高频焊机主要由五部分组成:（1）、整流变压器；（2）、整流电源柜（水冷可控硅（SCR）、整流触发板、滤波器等）；（3）、逆变输出柜（由功率模板、触发板、电容器组、电惑输出极板等）；（4）、水-水交换冷却器（由不锈钢水泵、不锈钢水箱、不锈钢板式热交涣器、不锈钢分水器、水流继电器、电控箱等）；（5）、中心控制台。
二、工作原理 1、固态高频焊机工作原理 如上图所示，三相380V电压经整流变压器降至200V，然后经三相全控桥（水冷SCR）整流成脉动直流，再经两路LC滤波，滤除6脉波整流的特征谐波，使直流电流变为平稳直流。（虚线后为逆变输出柜部分），经C1、C2、L2、L3滤除高频成份后，四个逆变桥臂交替工作，将直流电逆变为高频电流。经槽路混合选频网络选出基频送至负载感应器。L4、L5、L6为负载匹配网络，可通过逆变柜上的主令开关（SA1、SA2）调整与负载（钢管、磁棒）的匹配，使高频电源始终工作在最佳输出状态。 2、高频感应焊管工作原理 如下图所示，感应圈可看成是一个变压器的初级线圈；管坯则可看成是变压器的次级线圈；管坯呢，既是铁芯，又是次级线圈。当逆变柜输出的高频电流通过感应圈时，根据法拉利电磁感应定律，在管坯中就会感应出高频电流（涡流）；由于高频电流的趋肤效应和邻近效应等特点，使得感应电流大部分沿管坯V形开口和外表面形成有用
回路而加热管坯边缘，这部分电流称为焊接电流；少部分感应电流沿管坯内表面形成无用的循环电流，它使管坯周边加热而造成热损失。为了增大磁场，加强电磁感应效应，从而增强感应电流和减少无用的分流损耗，需要在管坯中合理放置磁棒阻抗器。 三、开机程序（停机程序反序） （一）、配合电气原理图理解的开机程序 1、确认机械及工艺设备工作准备就绪，带钢已按工艺要求引到位，中心控制台上的拖动调速电位器和高频调功电位器已归零位等。 2、合上电源整流柜空开QM1（电源指示灯HL1亮），合上空开QM2，电源接通。 3、合上中心控制台内空开QF5，工作电源接通。 4、按下中心控制台上“水冷控制”按钮，开启高频内循环冷却水，检查逆变柜里有无漏点，水压是否正常（0.2～0.3MPa)。 5、打开高频“水-水冷却”机的外循环冷却水，检查感应圈、磁棒情况。
超声波焊接机基础学习知识原理
超声波焊接机原理 超声波塑胶焊接原理是由发生器产生20KHz(或15KHz)的高压、高频信号，通过换能系统，把信号转换为高频机械振动，加于塑料制品工件上，通过工件表面及在分子间的磨擦而使传递到接口的温度升高，当温度达到此工件本身的熔点时，使工件接口迅速熔化，继而填充于接口间的空隙，当震动停止，工件同时在一定的压力下冷却定形，便达成完美的焊接。 概述 超声波模治具架设不准确受力不平均原理 在一般认为超音波作业时，产品与模具表面只要接触准确就可以得到应该 会产生音波传导的现象. 我们如果单只观察硬件（模治具）的稳合程度，而忽略了整合型态的超音波作业方式，必定会产生舍本逐末或误判的后果，所以在此必须先强调超音波熔接的作业方式是传导音波，使成振动摩擦转为热能而熔接. 这时候超音波模治具的稳合程度、产品截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织，必定无法是百分之百承受相同的压力。 另一方面上模（H o r n）输出的能量，每一点都有其误差值，并非整个面发出的能量都相同。就这整体而言，势必产生产品熔接线熔接程度的差异。所以也就必须作修正，如何修正，那就是靠超音波熔接机本身的水平螺丝，或是贴较薄的胶带或铝箔来克服了。
塑料产品材质配合不当 每一种塑料材质的熔点，各有不同，例如ＡＢＳ塑料材质的熔点约115℃，耐隆约175℃、ＰＣ之145℃以上、ＰＥ约85℃为例：ＡＢＳ与ＰＥ二种材质的熔点差距太大，超音波熔接势必困难。而ＡＢＳ与ＰＣ二种材质，亦有差距，但已非前项差距如此之大，是以尚可熔接，但在超音波功率相同，能量扩大相同的情况下，相异的塑料材质，绝无法比相同材质的熔接效果好。 超声波台输出能量不足 客户在购买超音波熔接机时，通常较难预料未来产品发展的规格，所以会遇到较大产品对象超出超音波标准熔接的情形。此时在不增加成本的预算下，只得以现有设备来作业生一、超声波模治具架设不准确超声波、受力不平均怎么办？ 在一般认为超音波作业时，产品与模具表面只要接触准确就可以得到应该的熔接效果，其实这只是表面的看法，超音波既然是摩擦振，就会产生音波传导的现象. 我们如果单只观察硬件（模治具）的稳合程度，而忽略了整合型态的超音波作业方式，必定会产生舍本逐末或误判的后果，所以在此必须先强调超音波熔接的作业方式是传导音波，使成振动摩擦转为热能而熔接. 这时候超音波模治具的稳合程度、产品截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织，必定无法是百分之百承受相同的压力。 另一方面上模（H o r n）输出的能量，每一点都有其误差值，并非整个面发出的能量都相同。就这整体而言，势必产生产品熔接线熔接程度的差异。
焊接冶金学(基本原理)
绪论 一、焊接过程的物理本质 1.焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。 物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性）2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。 为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施： 1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2)对被焊材料加热(局部或整体) 对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 二、焊接热源的种类及其特征 1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。 2）化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。3）电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。 4）高频感应热：对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。如高频焊管等。 5）摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。 6）等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。 7）电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。 8）激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。 三、熔焊加热特点及焊接接头的形成 （一）焊件上加热区的能量分布 热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区； 1)活性斑点区活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能； 2)加热斑点区在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。在该区内热量的分布是不均匀的，中心高，边缘低，如同立体高斯锥体. （二）焊接接头的形成： 熔焊时焊接接头的形成，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头。 （l）焊接热过程：熔焊时被焊金属在热源作用下发生局部受热和熔化，使整个焊接过程自始至终都是在焊接热过程中发生和发展的。它与冶金反应、凝固结晶和固态相变、焊接温度场和应力变形等均有密切的关系。
电焊机工作原理及电焊机组成结构
电焊机工作原理介绍? 电焊机（electric welding machine）实际上就是具有下降外特性的变压器，将220V和380V交流电变为低压的直流电，电焊机一般按输出电源种类可分为两种，一种是交流电源的；一种是直流电的。直流的电焊机可以说也是一个大功率的整流器，分正负极，交流电输入时，经变压器变压后，再由整流器整流，然后输出具有下降外特性的电源，输出端在接通和断开时会产生巨大的电压变化，两极在瞬间短路时引燃电弧，利用产生的电弧来熔化电焊条和焊材，冷却后来达到使它们结合的目的。焊接变压器有自身的特点，外特性就是在焊条引燃后电压急剧下降的特性。 电焊机的特点 焊接由于灵活简单方便牢固可靠，焊接后甚至与母材同等强度的优点广乏用于各个工业领域，如航空航天，船舶，汽车，容器等！ 一、电焊机优点：电焊机使用电能源，将电能瞬间转换为热能，电很普遍，电焊机适合在干燥的环境下工作，不需要太多要求，因体积小巧，操作简单，使用方便，速度较快，焊接后焊缝结实等优点广乏用于各个领域，特别对要求强度很高的制件特实用，可以瞬间将同种金属材料（也可将异种金属连接，只是焊接方法不同）永久性的连接，焊缝经热处理后，与母材同等强度，密封很好，这给储存气体和液体容器的制造解决了密封和强度的问题。 二、电焊机缺点：电焊机在使用的过程中焊机的周围会产生一定的磁场，电弧燃烧时会向周围产生辐射，弧光中有红外线，紫外线等光种，还有金属蒸汽和烟尘等有害物质，所以操作时必须要做足够的防护措施。焊接不适合于高碳钢的焊接，由于焊接焊缝金属结晶和偏析及氧化等过程，对于高碳钢来说焊接性能不良，焊后容易开裂，产生热裂纹和冷裂纹。低碳钢有良好的焊接性能，但过程中也要操作得当，除锈清洁方面较为烦琐，有时焊缝会出现夹渣裂纹气孔咬边等缺陷，但操作得当会降低缺陷的产生。 三、交流电焊机电焊机组成结构 交流电焊机又称弧焊变压器，是一种特殊的降压变压器，它是由降压变压器、阻抗调节器、手柄和焊接电弧等组成。为了使焊接顺利进行，这种变压器电源能按焊接过程的需要而具有如下特点： 1. 交流电焊机具有电压陡降的特性 一般的用电设备都要求电源的电压不随负载的变化而变化，其电压是恒定的，如为380V（单相）或220V。虽然接入焊接变压器的电压是一定的，如为380V或220V，但通过这种变压器后所输出的电压可随输出电流（负载）的变化而变化，且电压随负载增大而迅速降低，此称为陡降特性或称下降特性。这就适应了焊接所需各种的电压要求： (1) 初级电压：即接入电焊机的外电压。 由于弧焊变压器初级线圈两端要求的电压为单项380V，因此一般交流电焊机接入电网的电压为单项380V。 (2) 零电压：为了保证焊接过程频繁短路（焊条与焊件接触）时，要求电压能自动降至趋近于零，以限制短路电流不致无限增大而烧毁电源。 (3) 空载电压：为了满足引弧与安全的需要，空载（焊接）时，要求空载电压约为60 ～80V，这既能顺利起弧，又对人身比较安全。 (4) 工作电压：焊接起弧以后，要求电压能自动下降到电弧正常工作所需的电压，即为工作电压，约为20～40 V，此电压也为安全电压。 (5) 电弧电压：即电弧两端的电压，此电压是在工作电压的范围内。焊接时，电弧的长短会发生变化：电弧长度长，电弧电压应高些；电弧长度短，则电弧电压应低些。因此，弧焊变压器应适应电弧长度的变化而保证电弧的稳定。 2. 交流电焊机具有焊接电流的可调节性 为了适应不同材料和板厚的焊接要求，焊接电流能从几十安培调到几百安培，并可根据工件的厚度和所用焊条直径的大小任意调节所需的电流值。电流的调节一般分为两级：一级是粗调，常用改变输出线头的接法（Ⅰ位置连接或Ⅱ位置连接），从而改变内部线圈的圈数来实现电流大范围的调节，粗调时应在切断电源的情况下进行，以防止触电伤害；另一级是细调，常用改变电焊机内“可动铁芯”（动铁芯式）或“可动线圈”（动圈式）的位置来达到所需电流值，细调节的操作是通过旋转手柄来实现的，当手柄逆时针旋转时电流值增大，手柄顺时针旋转时电流减小，细调节应在空载状态下进行。各种型号的电焊机粗调与细调的范围，可查阅标牌上的说明。 电焊机的工作原理叙述 工作原理电流电压经三相主变压器降压，由可控硅元件进行整流，并利用改变可控硅触发角相位来控制输出电流的大小。从整流器直流输出端的分流器上取出电流信号，作为电流负反馈信号，随着直流输出电流增加，负反馈也增加，可控硅导通角减小，输出电流电压降低，从而获得下降的外特性。推力电路是当输出端电压低于15V时，使输出电流增加，特别是短路时，形成外拖的外特性，使焊条不易粘住。引弧电路是每次起弧时，短时间增加给定电压，使引弧电流较大，易于起弧。 从以上叙述可以知道，电焊起弧的时候电路是处于短路状态，电压急剧下降，电流需要很大；起弧后要稳弧，这时候焊条和容池的溶液还是短路过渡状态，电压还是下降，电流还是大；过渡完毕后处于正常焊接状态，电压回
焊接原理
焊接原理 一、锡焊、是将表面清洁的焊件与焊料加热到一定温度，焊料熔化并湿润焊件表面，在其界面上发 生金属扩散并形成结合层，从而实现金属的焊接；焊件表面的清洁，焊件的加热是达到其扩散的基本条件。 二、焊接的工具与材料 工具： 1、电烙铁（常用的是直热式） 2、调温及恒温烙铁（不受电源电压、环境温度的影响；升温时间快；烙铁不会过热） 3、吸锡器 工具的选用：烙铁头的温度的高低，可以用热电偶或表面温度计测量，一般可根据助焊剂发烟状态粗略估计，温度低，冒烟小。 焊件及工作性质烙铁头温度（室温220V）选用烙铁 一般印刷电路，安装导线20W内热式，30W外热式， 恒温式 集成电路250℃---400℃20W 内热式，恒温式 焊片，电位器，2-8W电阻，大电解功率管350℃---450℃ 35-50W内热式，调温式 50-75W外热式 8W以上大电阻，φ2以上导线等较大的元器件400℃---550℃ 100W内热式，150-200W外 热式 金属板550℃---630℃300W以上外热式观察法估计烙铁温度 观 察 时 间 烟细长，持续时 间长，>20S 烟稍大，持续时 间10-15S 烟大，持续时间 短，约7-8S 烟很大，持续时 间短，3-5S 估计温度小于200℃230-250℃300-350℃大于350 焊接达不锡焊温度PCB及小型焊点导线焊接、预热 等较大焊点 粗导线、板材及 大焊点 注意：烙铁通电后一定要立刻蘸上松香，否则表面会生成难镀锡的氧化层。
三、焊料 1、一般电子产品装配中主要使用锡铅焊料。成分一般是含锡量为60%-65%锡铅合金。 2、焊剂一般是优质松香添加一定活化剂。 四、手工锡焊基本操作 1、焊接操作姿势 一般烙铁离开鼻子的距离应不小于30CM，通常以40CM时为宜，因为烟气对人体有害。 电烙铁拿法有三种：A，反握法，适于大功率烙铁的操作；B，正握法，适于中等功率的烙铁或带弯头的电烙铁的操作；C，握笔法，焊件时多采用的一种方法。 使用烙铁一定要稳妥放在烙铁架上，并注意导线等物不要碰烙铁头。 2、焊接五步 A、准备施焊：准备好锡丝和烙铁，特别强调烙铁头要保持干净，即可以沾上烛焊锡；（俗 称吃锡） B、加热焊件：将烙铁接触焊点，注意先要保持烙铁加热焊件各部分，例如PCB板上引脚 和焊盘都使之受热，其次要注意让烙铁头的扁平部分（较大部分）接触较大的焊件， 烙铁头的侧面或边缘部分接触较小的焊件，以保持焊件均匀受热； C、熔化焊料：当焊件加热到能熔化焊料的温度后将锡丝置于焊点，焊料开始熔化并湿润 焊点； D、移开焊锡：当熔化一定量的焊锡后交将锡线移开； E、移开烙铁：当焊锡完全湿润焊点后移开烙铁，注意移开烙铁的方向应该是大约45度的 方向； 这一过程，对一般焊点大约2-3秒。 3、手工焊锡要点： A、掌握好加热时间：锡焊时可以采用不同的加热速度，在大多数情况下延长加热时间对 电子产品装配都是有害的，一般为2-3秒；这是因为： 1）焊点的结合层由于长时间加热会超过合适的厚度引起焊点性能劣化； 2）塑料等材料受热过多会变形、老化； 3）元器件受热后性能变化甚至失效； 4）焊点表面由于助焊剂挥发，失去保护而氧化。 B、保持合适的温度：一般经验是烙铁头温度比焊料熔化温度高50℃较为适宜。 C、用烙铁头对焊点施力是有害的：烙铁头把热量传给焊点主要靠增加接触面积，用烙铁 头对焊点加力对加热是无用的，很多情况下会造成焊件的损伤。 4、锡焊操作要领 A、焊件表面处理 手工烙铁焊接中遇到的焊件都要进行表面的清理工作，去除焊接面上的锈迹，油污，
超声波焊接机技术原理
超声波焊接机技术原理 超声波焊接机工作原理是：通过物体上下振动，使焊接件伸缩发热熔接。其机械原理是：把电能转化成机械能。当超声换能器产生的能量传送到焊区，由于焊区，即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。由于塑料导热性差，热量聚集在焊区，使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。 一、超声波模治具架设不准确、受力不平均怎么办？ 在一般认为超音波作业时，产品与模具表面只要接触准确就可以得到应该的超声波焊接机熔接效果，其实这只是表面的看法，超音波既然是摩擦振，就会产生音波传导的现象. 我们如果单只观察硬件（模治具）的稳合程度，而忽略了整合型态的超音波作业方式，必定会产生舍本逐末或误判的后果，所以在此必须先强调超音波熔接的作业方式是传导音波，使成振动摩擦转为热能而熔接. 这时候超音波模治具的稳合程度、产品截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织，必定无法是百分之百承受相同的压力。 另一方面上模（H o r n）输出的能量，每一点都有其误差值，并非整个面发出的能量都相同。就这整体而言，势必产生产品熔接线熔接程度的差异。所以也就必须作修正，如何修正，那就是靠超音波熔接机本身的水平螺丝，或是贴较薄的胶带或铝箔来克服了。 二、塑料产品材质配合不当? 每一种塑料材质的熔点，各有不同，例如ＡＢＳ塑料材质的熔点约115℃，耐隆约175℃、ＰＣ之145℃以上、ＰＥ约85℃为例：ＡＢＳ与ＰＥ二种材质的熔点差距太大，超音波熔接势必困难。而ＡＢＳ与ＰＣ二种材质，亦有差距，但已非前项差距如此之大，是以尚可熔接，但在超音波功率相同，能量扩大相同的情况下，相异的塑料材质，绝无法比相同材质的熔接效果好。 热熔塑胶分析图：
ERW焊接原理
高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。 1高频焊接的基本原理 所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？ 集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应 会减小。 邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。 这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。 2 高频焊接设备的结构和工作原理 了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流
直缝高频焊接钢管的生产工艺流程
直缝高频焊接钢管的生产工艺流程 直缝烧焊钢管是经过高频烧焊机组将一定的规格的长条形钢带卷成圆管状并将直缝烧焊而成钢管。钢管的式样可以是圆形的，也可以是方形或异形的，它决定于于焊后的定径轧制。烧焊钢管的材料主要是：低碳钢及σs≤300N/mm2、σs≤500N/mm2的低硼钢或其它钢材。直缝钢管高频烧焊的出产工艺流程如下所述： 流程图 高频烧焊 高频烧焊是依据电磁感应原理和交流电荷在导体中的趋肤效应、邻近效应和涡电流热效应，使焊缝边缘的钢材部分加热到熔化状况，经虎符的挤压，使对接焊缝成功实现晶间结合，因此达到焊缝烧焊之目标。高频焊是一种感应焊（或压力电阻焊），它无须焊缝补充料，无烧焊飞溅，烧焊热影响区窄，烧焊成型好看，烧焊机械性能令人满意等长处，因为这个在钢管的出产中遭受广泛的应用。 钢管的高频烧焊正是利用交流电的趋肤效应和邻近效应，钢材（带钢）经滚压成型后，形成一个剖面断裂的圆形管坯，在管坯内接近感应线圈核心近旁旋转一个或一组阻抗器（磁棒），阻抗器与管坯张嘴处形成一个电磁感应回路，在趋肤效应和邻近效应的效用下，管坯张嘴处边缘萌生坚强雄厚而集中的热效应，使焊缝边缘迅疾加热到烧焊所需温度经压辊挤压后，熔化状况的金属成功实现晶间结合，冷却后形成一条坚固的对接焊缝。 高频焊管机组 直缝钢管的高频烧焊过程是在高频焊管机组中完成的。高频焊管机组一般由滚压成型、高频烧焊、挤压、冷却、定径、飞锯截断等器件组成，机组的前端配有储料活套，机组的后端配有钢管翻滚转动机架；电气局部主要有高频发生器、直流励磁发电机和仪表半自动扼制装置等组成。现以φ165mm高频焊管机组为例，其主要技术参变量如下所述： 直缝钢管 3.1 焊管成品 圆管外径：φ111~165mm 方管：50×50~125×125mm 长方形管：90×50~160×60~180×80mm 成品管壁厚：2~6mm 3.2 成型速度： 20~70米/分钟 3.3 高频感应器： 热功率： 600KW 输出频率： 200~250KHz 电源：三相380V 50Hz 冷却：水冷 激发鼓励电压： 750~1500V