高频焊H型钢的生产与实践

无锡宏博泰金属制品有限公司新建了一条新型、高效高频焊接H型钢生产线，该生产线用热轧带钢作原料，可高速连续生产l00mm~50mm~2．3mm×3．2mm～500mm～250mm×6·5rmm×10．0mm轻型薄壁H型钢，最高速度30m／min，年产量可达6万t。

2  高频焊接H型钢的特点

   高频焊接H型钢采用带卷做原料，可连续高速生产，适于生产轻型、薄壁、小规格产品，投资少，见效快，适合中小企业。其具体的特点有：

    (1)截面经济合理。高频焊接H型钢具有优良的截面性能，与热轧H型钢相比，在相同的单位重量条件下，其断面系数、抗弯能力高于热轧H型钢。在承载能力相同的情况下，只有热轧H型钢重量的82％；在钢结构工程中，同一构件的用钢量，热轧H型钢均大于高频焊接H型钢，重量比最大可达1．68。在用钢结构的别墅、低层和小高层住宅中，如果合理使用，可充分发挥其优点，达到节约钢材、降低造价的目的。

    (2)产品尺寸精度高。与热轧H型钢不同，高频焊接H型钢不存在板厚不均和圆角的缺点，并且表面光滑美观。

    (3)生产的品种多，规格齐全。高频焊接是将2个化学成分相同的金属熔化在一起，对母材成分要求较松，不仅可以焊接普碳钢，而且可以焊接合金钢，不锈钢，Al、Cu、Ni、Ti等合金。由于高频焊接H型钢受设备限制条件少，产品规格多，而且可以方便的生产出上、下翼板不等宽、不等厚的异型H型钢，因此截面形式可以定做，方便设计，减少浪费。

    (4)高速、低耗。高频焊接H型钢充分利用了高频电流的集肤效应和邻近效应，可使高频电流高度集中在狭窄的焊接区，能在最短时间内用最小消耗将母材由常温加热至焊接温度，从而保证了焊接能连续、高速地进行。高频焊接H型钢不用焊丝、焊剂，不用清理表面，所以加工成本远低于埋弧焊接H型钢。

3   高频焊接H型钢的工艺流程与焊接过程

3．1工艺流程

    高频焊接H型钢生产线主要由上料、组立焊接和精整3部分组成。工艺流程见图1。

  开卷矫平后的带钢，快速进入活套，活套来料速度比H型钢焊接拉出速度快2．5～3．0倍，可储存400m左右带钢，以备换卷接头时，仍可保持连续生产。

    组立和焊接均在焊接固定器中进行，高频焊机分电子管和固态2种。固态焊机是近几年的新产品，与电子管式焊机相比，可节电30％，节水65％，维护简单，使用寿命高，操作安全。虽然现在价格较高，但不久就会在高频焊接设备中大量应用。

    高频焊接H型钢在线切割设备有冲剪和飞锯2种。冲剪模具随H型钢尺寸变化而相应更换，热锯使用中噪音太大又浪费金属。国内这2种设备同时存在，有待于今后在生产实践中进一步验证。

3．2焊接过程

    高频焊接H型钢是利用高频电流的集肤效应和邻近效应使钢板待焊处得以快速加热来实现焊合。为了有效地利用高频电流的2个效应，首先将上、下翼板弯曲，使之与腹板形成V形角，称之为会合角。焊接时，通过电极触头，向钢板供以高频电，形成了高频电流往复回路，且愈靠近顶点，两钢板之间距离愈小，邻近效应愈强烈，边缘温度也愈高，甚至达到金属的熔点，在会合处会形成液体过梁。

    由于通过的电流密度特别大，过梁被剧烈加热，当其内部产生的金属蒸汽压力大于液体过梁表面张力时，蒸汽爆破呈金属花飞溅。随着工件不断向前运动，通过挤压辊作用，所喷溅的细滴火花也连续地从边部挤出液态金属和氧化物，留下的金属便在固态下相互紧密接触，产生了塑性变形和再结晶，从而形成了牢固的焊缝，完成了焊接。

4         产品质量控制   

4．1选取优质原料：

    高频焊接H型钢一般采用中宽带轧机生产的钢卷做原料，国内这类中宽带存在厚度波动大、板形(平直度)不良等问题，给H型钢组立和焊接带来很大困难，故必须选用优质热轧带钢作为原料。

    带钢纵剪尺寸精度也应严格控制，特别是腹板的宽度B应根据产品高度H、翼板厚度t_f镦粗量δ₁、挤压量δ₂的变化及时调整，它们之间的关系可按下式计算：

    H=2t_f+B+δ₁1+ δ₂                                (1)

4．2镦粗  

    高频焊接H型钢靠自熔化焊接，熔敷率只能达到85％～90％，显然焊缝强度无法超过母材强度，这一关键问题长期制约了高频焊接H型钢在重要部位的使用。为此，在焊前对腹板两边进行冷镦粗，使其端部面积增加30％，这不仅有利于增加焊缝的宽度，还因腹板厚度增大，缩小了腹板与翼板温度差。

    镦粗量要适度，主要原则是使腹板端面增厚30％，且不产生弯曲变形，因此通常镦粗量选用2～3mm即可。现有少数厂家缺少冷镦工艺，焊出的焊缝外观好看，强度不足，不应提倡。

4．3挤压

  在实际焊接过程中，挤压量的选择也很重要。在保证焊接质量的前提下，应尽量减少挤压量和镦粗量，以减少金属消耗。挤压量大小与金属加热温度有关，加热温度越高，实现焊接所需的压力越小，当达到金属熔化温度时，可不加压。

4。4最佳工艺位置的控制

    高频焊接H型钢属接触焊，上下焊机功率调整十分复杂。由于带钢自重的影响，上下翼板与腹板f曰会合角很难调整一致，因此容易导致H型钢上下加热不均匀，出现一面过烧或烧漏现象，也可能影响H型钢的平直度。因腹板和翼板厚度不同，故使腹板端部和翼板焊接带同时达到焊接温度也十分困难。

    高频焊接H型钢时，上、下2台焊机各有2个触头，分别加热腹板和翼板，如图2所示。触头的位置决定加热段长度。为提高焊接效率，触头应尽可能靠近挤压辊。翼板厚度通常是腹板的1．3～1．5倍，所以翼板加热温度往往比腹板低。通过改变触头工艺位置可解决此问题。触头距焊接压辊越远，钢板加热时间相对越长。到达压辊时，温度可能提高，但是距压辊距离越远，高频电流邻近效应越弱，越不利于加热。腹板和翼板厚度不同，加热体积也有很大影响，在相同加热条件下，受热体积越大，加热速度越慢。若根据物体电磁受热基本原理，以及腹板、翼板厚度比来调整触头位置，可解决上下加热不均匀，腹板、翼板加热不同步问题。

4．5微张力焊接

    现代化的高频焊接H型钢生产线都有微张力控制装置。利用活套控制原理，通过速差和活套摆动，实现焊接过程中对腹板、翼板和H型钢进行微张力控制，从而使带钢保持平直，焊接面接触均匀，减少板形不良和焊接应力的影响，保证H型钢的焊接质量、尺寸和形状公差。

4．6焊后冷却

    焊后冷却对焊缝和热影响区组织和性能有较大影响。低碳钢的焊缝金属因含碳量较低，故固态相变后组织大部分是铁素体+少量珠光体。焊缝化学成分相同时，在不同的冷却速度下，低碳钢焊缝中铁素体和珠光体的比例有较大差别，如表1所示。冷却速度越大，焊缝中的珠光体越多，越细，同时焊缝的硬度越高。

高频焊接H型钢焊后一般采用水冷，冷却速度、冷却温度控制水平一般，这是当前生产中普遍存在的薄弱环节，也是今后探索的课题。     

5  结语                                                     

高频焊接H型钢具有截面经济合理、尺寸精度高、品种规格全、高速、低耗等优点，随着生产工艺的不断改进，产品质量获得了很大提高，应用领域也逐步扩大。该生产线投资少，见效快，比较适合中小企业投资建设。