高頻焊接不銹鋼管是以固體電阻熱為熱源，高頻焊接是利用高頻電流在金屬導(dǎo)體存在的的兩大效應(yīng)：集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)快速焊接。高頻焊接不銹鋼管具有下列特點(diǎn)：

 1. 電流高度集中于焊接區(qū)，加熱速度極和焊接速度快，焊速可高達(dá)150~200 m/min；

 2. 因焊接速度快，焊件自身導(dǎo)熱的冷卻作用強(qiáng)，焊接熱影響區(qū)小，有利于焊縫的組織的細(xì)化，保證焊縫的性能；

 3. 焊前焊件表面可以不進(jìn)行清理工作，生產(chǎn)效率高；

 4. 能焊的金屬種類廣，產(chǎn)品的形狀規(guī)格多。高頻焊接根據(jù)高頻電流在工件中產(chǎn)生熱的方式可分為接觸高頻焊和感應(yīng)高頻焊。高頻焊生產(chǎn)率高，焊接速度可達(dá)30m/分鐘，更適合直焊縫或螺旋縫鋼管的焊接。

一、高頻焊接不銹鋼管的焊接方式

 按高頻焊的兩種焊接方式—高頻接觸焊和高頻感應(yīng)焊，實(shí)際焊管的生產(chǎn)線按這兩種方式設(shè)計(jì)，所生產(chǎn)的鋼管方式通常又稱為高頻電阻焊(ERW)管和高頻感應(yīng)焊(HFW)管，但現(xiàn)在的API Spec 5L標(biāo)準(zhǔn)中并不區(qū)分兩種焊接方式，均定義為高頻焊管。

 1. 高頻接觸焊

 圖給出了焊管高頻接觸焊(或高頻電阻焊)示意圖，在制管過(guò)程中，帶材由成形機(jī)組逐漸成型，板邊在接合處匯合形成的“V”形匯合角。高頻電流經(jīng)“V”形角兩側(cè)的電極觸頭導(dǎo)入焊件，在“V”形接觸點(diǎn)形成回路。高頻電流在電極觸頭至匯合點(diǎn)處的板邊產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使“V”形角兩側(cè)兩邊，特別是“V”形接觸點(diǎn)附近的板邊金屬加熱到焊接或熔化溫度，并在擠壓輥的作用下，在匯合點(diǎn)兩接觸面間產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠壓，將兩邊的氧化物和雜質(zhì)被擠出并產(chǎn)生冶金焊合。隨連續(xù)管坯不斷地快速送進(jìn)，在高頻電流和擠壓輥共同作用下，即實(shí)現(xiàn)高頻接觸焊連續(xù)制管的全過(guò)程。為減小無(wú)效的分流，提高焊接效率，在焊接管狀焊件時(shí)，一般需要在成形的管坯內(nèi)設(shè)置阻抗器，以增加繞管坯內(nèi)部流動(dòng)電流的阻抗。接觸高頻電阻焊可焊制直徑小于1220mm、壁厚小于15mm的各種規(guī)格的金屬管。

 2. 高頻感應(yīng)焊

 高頻感應(yīng)焊制管與高頻電阻焊制管法相比較，最典型的差異是電能的導(dǎo)入方式不同。高頻感應(yīng)焊制管應(yīng)用套于管坯上的感應(yīng)圈，利用電磁效益導(dǎo)入電能。管坯在通過(guò)感應(yīng)線圈時(shí)，高頻電流通過(guò)感應(yīng)圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在管坯中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在管坯“V”形匯聚點(diǎn)板邊的外表面形成回路，構(gòu)成集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，在集中電流焦耳熱的作用下，管坯邊緣快速加熱到焊接溫度甚至熔點(diǎn)，在擠壓輥擠壓實(shí)現(xiàn)焊接。

 與高頻接觸焊相比，存在部分從管坯的外周表面流向內(nèi)周表面的感應(yīng)電流，因該電流只對(duì)管坯背面加熱，而對(duì)焊接點(diǎn)加熱無(wú)關(guān)，故稱為無(wú)效電流。在管坯內(nèi)安放阻抗器，用以增加管內(nèi)壁的電抗，可有效地減小無(wú)效電流，提高焊接效率。高頻感應(yīng)焊管可生產(chǎn)管徑小于220mm、壁厚小于11mm的各種規(guī)格的金屬管。

二、高頻焊制管法的優(yōu)缺點(diǎn)

 與高頻接觸焊相比，高頻感應(yīng)焊具有如下優(yōu)點(diǎn)：

 ①. 焊管表面光滑，特別是焊道內(nèi)表面較平整，適用于焊接鋼管內(nèi)壁要求平滑的管材。

 ②. 感應(yīng)圈不與鋼管接觸，對(duì)管坯接頭表面質(zhì)量要求比較低，也就不會(huì)引起管子表面燒傷。

 ③. 沒(méi)有電極與鋼管表面接觸壓力，就不會(huì)造成鋼管表面變形及擦傷，更適宜于制造薄壁管和帶有涂層的鋼管。

 ④. 不需要電極。

 ⑤. 不存電極觸頭的接觸問(wèn)題，焊接功率及電流穩(wěn)定。然而，高頻感應(yīng)焊能量損失較大、在焊接相同規(guī)格鋼管時(shí)，能耗比接觸焊約提高1倍，焊速約降低1/2～1/3，因而，高頻感應(yīng)焊更適合于中、小直徑管鋼管的生產(chǎn)。

三、高頻焊接不銹鋼管的發(fā)展歷程

  鋼管的生產(chǎn)距今已有近兩百年的歷史。早在十九世紀(jì)初期，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，人們用鋼板彎成管筒，然后在其搭接邊緣上加熱，并在短心棒上鍛接成管，用以制造炮筒。隨后，這種方法得到較快的發(fā)展，在十九世紀(jì)二十年代出現(xiàn)了爐焊鋼管法，由此焊管生產(chǎn)才真正進(jìn)入工業(yè)化階段。然而，由于焊管的成型和焊接的技術(shù)不完善，焊接鋼管的質(zhì)量穩(wěn)定性差；且?guī)т摵弯摪瀹a(chǎn)能不足，焊管原料的供應(yīng)不足，導(dǎo)致焊管產(chǎn)量和應(yīng)用發(fā)展遠(yuǎn)落后于無(wú)縫管，焊管產(chǎn)量只占整個(gè)鋼管產(chǎn)量的很小部分。到二十世紀(jì)初，利用霍耳效應(yīng)的電阻焊接技術(shù)開(kāi)始用于焊管生產(chǎn)，使焊管的質(zhì)量有了明顯的提高，電阻焊管生產(chǎn)取得了快速的發(fā)展，初始焊管的成型技術(shù)和裝備得到了較大的改進(jìn)，連續(xù)直縫焊管成型機(jī)開(kāi)始應(yīng)用，并得到穩(wěn)步發(fā)展和完善。到三十年代末，卡爾?荷爾澤設(shè)計(jì)出的接觸電阻焊管機(jī)已具有現(xiàn)代電焊管機(jī)的規(guī)模。該機(jī)組包括六架成型機(jī)架、焊接裝置、三架定徑機(jī)和飛剪。

 第二次世界大戰(zhàn)后，接觸交流電焊管生產(chǎn)因美國(guó)M系列電焊管機(jī)的應(yīng)用得到快速發(fā)展。M系列焊管機(jī)設(shè)計(jì)出了旋轉(zhuǎn)焊接變壓器，其輸出功率為125、300和500kVA，電流頻率為50~60 Hz，為提高焊接效率，后來(lái)采用150-180 Hz。然而，因采用交流電源，使沿焊縫長(zhǎng)度因電流強(qiáng)度周期變化很難得到均勻的加熱。即當(dāng)電流強(qiáng)度到達(dá)最大值時(shí)，焊縫上相對(duì)應(yīng)的接觸點(diǎn)的加熱溫度可能高于焊接溫度，而當(dāng)電流為零值時(shí)，焊縫上相對(duì)應(yīng)的接觸點(diǎn)則因產(chǎn)生加熱不足或很難到達(dá)焊接溫度，因而易于在沿焊縫長(zhǎng)度形成焊接與未焊接或者過(guò)燒與焊接相互交替分布的狀態(tài)，即周期分布的焊點(diǎn)。這也是在后來(lái)的鋼管生產(chǎn)提高電流頻率的原因，即提高電流頻率有利于提高焊縫質(zhì)量，較高頻率的120-360 Hz電源逐漸得到應(yīng)用。

 直到上世紀(jì)五十年代，頻率達(dá)450 kHz的高頻電源用于焊管生產(chǎn)，標(biāo)志焊鋼管進(jìn)入高頻焊時(shí)代。歷經(jīng)十多年的發(fā)展，到六十年代末，形成了完善的生產(chǎn)工藝技術(shù)，奠定了現(xiàn)代高頻焊管生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)。當(dāng)進(jìn)入十九世紀(jì)七十年代初，高頻焊接不銹鋼管進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。這種快速發(fā)展來(lái)自兩個(gè)方面：一方面，鋼鐵冶煉、連軋、軋制技術(shù)的技術(shù)進(jìn)步，使鋼板的性能提升、成本降低，為鋼管質(zhì)量的提升和鋼管品種、市場(chǎng)的擴(kuò)展提供了必要的原料；另一方面，第一次石油危機(jī)爆發(fā)，油氣開(kāi)采的快速發(fā)展對(duì)油井管和管線需求的快速擴(kuò)張，無(wú)縫鋼管供應(yīng)不足，為焊管的應(yīng)用提供了市場(chǎng)機(jī)遇。在初期僅生產(chǎn)X42、X46等低鋼級(jí)鋼管作為無(wú)縫鋼管的補(bǔ)充上。隨市場(chǎng)的需求的增加，借鑒先進(jìn)無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)線，建成了擁有厚壁管成型、焊接輸入功率自動(dòng)調(diào)控、在線焊縫熱處理、可靠的探傷等設(shè)備的專業(yè)化能源用焊管機(jī)組，高頻焊接不銹鋼管質(zhì)量顯著提升，不僅可生產(chǎn)高強(qiáng)X60、X65、X70管線管，J55、N80、L80油井管，而且部分生產(chǎn)線還生產(chǎn)高強(qiáng)鎳-釩油井管、抗腐蝕油管和低溫(?60℃)焊管。進(jìn)入上世紀(jì)末，由于油氣需求和開(kāi)采量的穩(wěn)定，高頻焊接不銹鋼管的研究和生產(chǎn)也進(jìn)入穩(wěn)定期。盡管高頻焊接不銹鋼管在成型、焊接、探傷等自動(dòng)化、質(zhì)量檢驗(yàn)方面的技術(shù)有較快的發(fā)展和技術(shù)突破，但HFW焊管生產(chǎn)基本工藝沒(méi)有明顯變化。主要生產(chǎn)工藝如圖所示，包括：自動(dòng)開(kāi)卷→自動(dòng)切頭對(duì)焊→螺旋活套→多輥成型→高頻焊接(感應(yīng)焊或接觸焊)→去除內(nèi)外毛刺→焊后熱處理→定徑矯直→定尺飛鋸切斷→端面加工→水壓試驗(yàn)→焊縫探傷等。