在焊缝处电磁感应加热的应用

付启万

摘要：介绍了在镀锌机组搭接焊机焊接高强钢焊缝杯凸不合格改进方案，电磁加热器应用及改進方案。

关键词：电磁加热;焊缝;杯凸;

一、引言

汽车商为降低成本，降低油耗，汽车向轻量化发展，为保证安全性能汽车商追求高强基板，国内钢铁企业都向着高强钢方向发展。

二、现状

目前国内马钢合肥板材镀锌机组采用搭接焊接工艺对带钢头尾焊接，焊接DP780、 DP980、22MnB5钢种时杯凸试验焊缝不合格，严重制约生产，为了维持高强钢生产采用火焰加热焊缝，，浪费人力资源，效率低下，安全形势十分严峻。

三、焊缝杯凸不合格诱因原因分析

窄搭接电阻焊机的焊接原理是将两块带钢材料搭接，通以合适的电流，电流流过R（电阻）做功发热，当热量不断积聚致使焊点局部的金属熔融结合，而焊接起来。根据焦耳定律，焊接接头产生的热量用公式表示如：Q=0.24I2Rt=0.24VIt

式中：Q—发热量;I—电流;R—焊接区电阻;t—通电时间;V—电极间的电压

在焊接过程中，I、R、t均为可调参数，I的大小可直接在焊接控制器中设置（改变可控硅的导通角即可实现），并有电流补偿功能;改变电极压力即可改变R的阻值（压力加大则R减小;压力减小则R增大）。

杯凸焊缝不合格主要原因有：

1.设备本体刚度不够，设备精度下降，电流、压力、时间（速度）能力可调节范围不足;

2.焊接时的电流、压力、时间设置不合理，及时修正参数可解决杯凸不合格现象;

3.材料的焊接属性决定的，含量碳和合金钢含量越高，焊接后淬硬性越强，热影响区小，杯凸会出现不合格现象，通过加热退火软化，改善塑性和韧性，可通过杯凸试验机测试;

三、电磁加热感应原理及优点

利用交变的电流产生交变的磁场，使其中的金属导体内部产生涡流，从而使金属工件迅速发热，有频率，电流，磁场共同决定。即是通过把电能转化为磁能，使被加热钢体感应到磁能而发热的一种加热

方式。

图1 电磁加热原理

四、电磁加热感应应用及现象

合肥板材镀锌机组采用电磁感应布置，主要主要有加热器、固态高频电源、控制台、水冷系统等，电磁感应布置简图如下：

图2 电磁感应布置

1上盖板;2带钢;3感应器;4固态高频电源;5-上盖板提升/下降气缸;6感应器上升/下降气缸;7框架;

对加热器进行初步测试如下：

感应加热器：参数——输入：  380 v，50Hz， 180kVA

输出：  300A， max.100kHz，max.150 kW

测试条件： 材料：焊接后的冷轧板（22MnB5）厚度：1.06-1.8mm

测量工具：测温——手持式红外线测温仪 测时——秒表 钢卷尺

对焊缝退火装置使用过程进行测试，总的来说厚度1.36mm以下，退火效果还可以，厚度1.40 mm以上效果不佳，未达到理想状态，虽然加热温度可达950℃，但是加热宽度为32-35mm，致使热影响区较小，造成厚板加热后焊缝仍会出现开裂现象，带钢未能满足生产放行条件，主要是磁铁排布不合理，局部受热不均，加热宽度小。

图3 加热现象：磁铁排布不合理，局部受热不均

五、解决措施

前面提到了加热有三个方面影响因素电流、频率、磁场，图3表现很明显采用条形磁铁排布不合理，磁阻较大，影响加热效能。需要定制E导磁材料---减少磁阻，增大磁铁截面积，提高加热效率。

图4 三种磁铁磁场分布对比

从同样条件下看条型磁铁N级和S级之间的磁场密度很明显小于U型，U型磁场密度又小于E型，所有在同等功率下，E型加热能量最大，可加热面积最大，热影响区最大，通过改变磁铁分布目前实际加热区域可达60mm.

其次要加热过程要模拟退火工艺，分段式加热即先用大功率一次加热到目标温度，再用小功率工作使其保温一段时间，最后使加热部位自然冷却。

六.结论

总之，加热效果未能达到预期，可从电流、频率、磁场三个方面下手进行改进，使用电磁感应加热上盖板使用的材料同样重要，不可导磁与传递热量且需要耐高温，不脱落，否则影响带钢质量且加热效率低下。