中频焊管生产技术的出现

在早期的焊管领域，由电磁感应马达发生器提供的10kHz电流，以及由真空管震荡发生器产生的450kHz的电流，被统称为高频电流。之后随着技术发展，对高频焊接频率有了与时俱进的认识，值得注意的是焊管领域对于频率的称呼与其他技术领域并不完全一致，根据历史发展过程和技术原理的差异，笔者认为焊管领域低、中、高频可大体划分为：

（1）低频，低于1000Hz，包括50/60Hz的工频焊接和180~360Hz的多级频率焊接。

（2）中频，1~100kHz，现多用于在线中频感应焊缝热处理。

（3）高频，100kHz以上，目前高频焊机频率基本高于100kHz，在API标准中规定高频焊接频率不得低于70kHz。

大约于1950年，美国建成了第一条中频焊管机组，采用电磁感应马达发生器产生频率可达10kHz的电源。电源容量不是问题，在二战之前，美国就具备了1250kW的中频电源，而欧洲则能提供2500kW的中频电源，表1给出了当时中高频电源的类型和技术指标。技术瓶颈在于如何把能量集中于焊接区域，为此出现了各种各样的感应线圈专利，概括起来主要有三大种类：闭合感应器、非闭合感应器和组合感应器。

闭合感应器就是目前广泛采用的感应线圈，置于焊接点之前。这种感应器产生两个最小感抗电流回路：一个回路是从钢带一个边缘流向焊接点，从另一个边缘返回，产生有效能量加热钢带边部形成焊接；一个回路是沿着钢管周向内外表面流动，形成无效能量损耗。焊机能量损耗比与钢管外径成反比，钢管外径越小，损耗比例越高，这成为焊接小直径管的限制。

中频焊接技术使得焊接材质从低碳钢扩展到不锈钢，甚至铜、铝等有色金属。

关于非闭合感应器有很多发明专利，基本的原理类似于现在的在线焊缝中频热处理，不同的是以焊缝为中心分为左右两个独立系统，两个感应器置于焊接点前开口管上方，在钢带两个边部形成各自独立的电流回路。这种感应器要求钢带焊缝必须严格对中，使得钢带两个边缘分别对准感应器，才能使钢带两个边缘均匀加热。感应器与钢管表面之间的间隙应尽可能地小，才能获得较高的加热效率。但如果该间隙太小，由于钢带可能存在边部瓢曲、表面存在氧化铁皮或其他污物等，又会导致加热温度不均，影响焊接质量。该间隙一般可取2~2.5mm。感应器位于焊接点前的距离则取决于焊接速度和壁厚，需保证焊接温度能够深透整个壁厚。

1950年，美国投产了一条中频焊管机组，焊机采用非闭合感应器，功率250kW，频率10kHz，最高焊接速度91m/min，年产量15000km，成材率96%（包括修边损耗）。

组合式感应器就是把两种感应器组合起来使用。单纯采用非闭合式感应器时，对于厚壁管生产速度受到限制。已经加热的钢带边部温度，在到达焊接点过程中由于冷却而下降，如果增加电流补偿冷却损失则有可能导致钢带表面熔化，最终影响焊接质量。采用组合式焊接方式可以避免这些问题。先采用非闭合式感应器预加热钢带边部接近于焊接温度，然后在用闭合式感应线圈进行补偿加热，尽管当时闭合式感应器效率不高，但足可以作为补偿热量源实现焊接。