高频直缝焊管的发展史

钢管的生产和使用距今大约有一百多年的历史。十九世纪初期，由于战争的需要，人们用钢板弯成管筒，然后在其搭接的边缘上加热，并在短心棒上锻接成管子，用以制造炮筒，随后，这种方法得了较大的发展，1825年左右出现了炉焊钢管法，这种方法是将金属带加热到焊接温度以后，从碗模中拉出，从此，焊管才开始了工业规模的生产。

1843年以后，无缝管的生产有了很大的发展，到1896年，各种生产无缝管的技术和设备相继出现，使无缝管的生产从基础理论，生产工艺到各种辅助设备都建立了一套比较完整的体系。

与此同时，由于焊接和成型的技术不良，焊接钢管的质量不好，加之作为焊管原料的带钢和钢板产量供不应求，焊管生产的发展远远落后于无缝管的生产，焊管产量只占整个钢管产量的很小部分。

二十世纪初，利用霍耳效应的电阻焊接技术开始用于焊管生产，约斯特等对于电阻焊的焊接温度，焊接压力，焊接速度及其相互关系，以及对焊缝金相组织和机械性能的影响等，均作了认真的研究，同时，对于其他成型和焊接工艺问题也进行了一系列的研究，从而使焊管的质量有了明显的提高。到了三十年代，电焊管生产获得了普遍的发展，在这个期间，焊管的成型技术也有了很大的改进，出现了连续式直缝焊管成型机，并得了逐步改进与完善。

1938年，卡尔。荷尔泽设计的接触电阻焊管机（如下图）已具有现代电焊管机的规模，它具有六架成型机架，一套带导向辊的焊接装置，其中包括挤压辊和毛刺清理装置，随后是三架定径机和飞剪。

第二次世界大战后，接触电焊管生产得到了迅速的发展，特别是在美国，首先开始了电焊管机的系列设计，美国最初的系列是以M为代号的四个规格。

M系列焊管机采用旋转焊接变压器，其输出功率为125、300和500千伏安，电流频率为50~60赫兹，后来提高到150-180赫，旋转焊接变压器的结构如下图1-8所示，其工作原理如图1-9所示，当强度为I的电流沿电阻为R欧姆的导体流动时，t秒后在导体中所产生的热量为Q=0.24I²RT卡。在焊接过程中，管坯开缝处的电阻大于电流流过管坯圆周的电阻，因此，在开缝处的带钢边缘便会产生很大的热量，这一热量可以将带钢边缘加热到焊接温度。电流通过旋转焊接变压器，通过被绝缘体2隔开的环形电极1 送到管坏的边缘，将边缘加热，随后在掠夺辊的压力作用下，加热到焊管温度的管坯边缘被焊接在一起

由于交流电电流强度的周期性变化，因而沿焊缝长度不可能得到均匀的加热，当电流强度到达最大值时，焊缝上各相应点即被加热到温度或者高于焊接温度，而当电流为零值时，焊缝上相应各点则加热不足或者达不到焊接温度，因而沿焊缝长度将另一面焊接与未焊接，或者通过烧与焊接部分相互交替分布的情况，即形成所谓的周期性分布焊点。

焊缝内各焊点之间的距离，与焊接速度成正比，而与电流的频率成反比，各个焊点之间的距离越小，则焊缝的气密性越好，焊缝质量越高，在相同的焊接速度情况下，提高电流频率有利用焊缝质量，同理，当电流为50赫时，焊接速度可达30-32米/分，此时相应的各个焊点之间的距离分为为5和5.33毫米，在此基础上，如果进一步提高焊接速度，将使焊缝质量大大变坏，不能满足实际需求。

因此，随后在电阻焊管生产中使用120-360赫的较高频率。与此同时还出现了用直流电阻焊，感应焊和电弧焊来生产焊接钢管，但这些焊接方法的焊速都很低。

频率为60-360赫的低频电阻焊在这一时期得了最广泛的应用，在这个时期，全世界差不多80%的焊接钢管都是采用这种方法生产的，因为这种方法最简单，焊接质量也有显著提高，不仅可以生产一般的输送管和结构管，而且可以生产要求比较高的锅炉管，直径从114-500毫米，壁厚从4.75到14.3毫米的石油管也可以采用这种方法进行生产，所用的焊机容量达4400千伏安，焊速可达60米/分，交流最阴对材料的化学和物理生能限制较少，但对带钢表面，特别是同焊接电极接触的带钢边缘部分要求较严，不允许有氧化铁皮和铁锈，油污等。因此，低频电阻焊一般都需要用酸洗或喷砂的方法对带钢进行处理。这种焊接方法直到今天仍在应用。

由于直流电阻焊的供电设备费用太大，应用范围受到限制，它只能用于碳素钢的焊接，特别是适用焊接质量要求高，焊接毛刺小，表面光滑的焊管生产。例如小直径的冷却器管用直流电阻焊生产，不需要清除内毛刺，其外表面可以同冷拔管相比，直径大于76或102毫米，壁厚大于4毫米的钢管生产一般不采用这种方法，因为直径较大的钢管内毛刺的清除比较容易，同时对表面质量的要求也不像对小直径管那样高，因而可以采用交流电阻焊接。

1950年后，生产发生了一系列变化，特别是1953年，频率达450千赫的高频接触电阻焊开始用于焊管生产，但初期发展缓慢，直到1960年，世界各国采用高频焊的焊管机组尚为数不多，1960年以后，高频接触电阻焊管生产获得了极为迅速的发展，高频焊管机组在各国大量的建设起来，随后，借助于环形感应器传递能量的高频感应也开始用于焊管生产。当高频接触取得了公认的良好效果以后，高频感应焊的应用仍然是极其有限的，在高频焊管生产中，只起到次要的作用。

高频焊接具有一系列的优点：焊缝热影响小，加热速度快，在百分之一时间内就可以使金属加热到焊接温度，（1130-1350℃）因而可以大大提高焊接速度和质量，可以焊接不经酸洗或喷丸处理的带钢，同时，不便可以焊接碳素钢，而且可以焊接不锈钢，铝合金，铜合金等多种材料，此外，高频钢管的能量消耗低，效率高，由于高频焊所具有的这些优点，因而在70年代，不但新建的中小直径电焊管机组普遍采用这种焊接的方法，而且各国对原有的低频焊管机组也改造为高频，使机组的生产能力和产品质量有了明显的提高，产品的规格和使用范围也在不断扩大。

1960年以后，中小直径电焊管的成型技术，质量控制与检验技术，精整设备等各方面都有许多重大的改进和革新，

高频直缝焊管在近二十年来获得了巨大的发展的主要原因是：

1 成本低廉，建厂投资少
2 焊缝质量的显著提高
3 非破坏性检验技术的广泛使用
4 品种和规格范围的扩大。

此外，焊接钢管的发展是以板带钢材生产的发展相适应，钢板卷的大量供应是焊管发展的前提。