一、高频焊机生产的工艺流程
将带钢卷成圆筒形，然后将接缝焊接起来这就形成了焊管。近些年来，随着焊接技术的进步以及社会工业化进程的加快，钢管的焊管技术也得到了较快的发展。其中直缝高频焊机应用广泛，其原理是利用高频电流的邻近效应和集肤效应将钢管的边缘急速加热然后将钢管两边互相焊接在一起。由于ERW焊接钢管具有生产效率高、制造成本低、尺寸精度高、外型美观等优点使其得到迅速的发展。本题目选自广东某企业610ERW高频焊机生产线，有明确的生产背景，有利于工程实现。高频直缝焊管(ERW)的产量目前占我国焊管总产量的80％左右，是我国焊管发展的主力管型。
广东某企业的“直缝高频焊接钢管低碳示范项目”主要生产大口径直缝焊接钢管，项目总投资1200万元建设1条直缝高频焊接钢管生产线及设备节能监管系统。其焊管生产线工艺流程如图3-1所示。
从图中我们不难看出高频直缝焊管的生产过程是一个快速连续的过程：带钢（卷板）开卷——带钢（卷板）平整——端部剪切及焊接——活套——成形——焊接成型——内外焊珠去除——预校正——感应热处理——定径及校直——涡流检测——切断——水压检查——酸洗——最终检查——包装处理——出厂销售。
该企业主要产品类型有：低压流体输送用焊接钢管（GB/T3092-1993）、低压流体输送用镀锌焊接钢管（GB/T3091-1993）、普通碳素钢电线套管（GB3640-88）、直缝电焊钢管（YB242-63）；主要产品规格：Φ114×5mm、Φ140×6mm、Φ168×8mm、Φ219×9mm，直缝高频焊接钢管,钢管壁厚4-9mm，钢管钢级≤X80。
二、高频焊机系统介绍
1、高频焊机组成
全套固态高频焊机由开关整流柜、逆变输出柜、连接光纤、循环软水冷却系统、中央控制台、三维机械调整装置、感应焊/接触焊输出系统等部分组成。
⑴开关整流柜
将开关柜与整流部分实现一体化设计，除完成开关柜功能外，还具有固态高频焊机的整流控制功能。其中有进线刀开关、进线电流表、电压表（可切换）和进线电压指示灯；三相全控晶闸管整流桥，实现高频焊机功率调节；平波电抗、平波电容及滤波器，以提高平波系数。
⑵逆变输出柜
逆变输出柜实现了谐振逆变器和串联谐振槽路的集成化设计，由MOSFET单相逆变桥并联组成，单桥功率设计为120kW，逆变桥采用模块化方式完成功率叠加。采用匹配变压器完成功率合成，采用次级低压谐振、无焊接变压器输出方式，由槽路谐振电容器（低压）与感应器（钢管V型角电感）直接谐振，通过感应焊/接触焊执行机构输出实现钢管焊接所需功率的传递。
⑶连接光纤
由开关整流柜到逆变输出柜的通讯采用光纤连接，保证控制系统不受高频信号的干扰，提高了焊机的可靠性。
⑷循环软水冷却系统
循环软水冷却系统完成开关整流柜、逆变输出柜、谐振槽路等发热部件的冷却，设计有水温、液位指示及保护。采用水—水热交换器。
⑸中央控制台
实现固态高频焊机的远方操作、功率调节、状态监测及故障诊断功能，由PLC和液晶触摸屏构成的人机界面系统，方便用户的现场操作和监控。
⑹三维机械调整装置
用于逆变输出柜安装53CA感应器/接触焊触头的位置调整。当固态高频焊机设计有感应器/接触焊功能时，机械调整装置设计为三维调整方式，即前/后、左/右方向手动调整，上/下方向电动调整。采用涡轮涡杆减速传动，驱动电机点动控制，调节稳定、可靠，从而保证触头处于最佳焊接位置。
⑺感应焊/接触焊输出系统
本系统是固态高频焊机功率输出执行机构，由外壳体、导轨、气缸、汇流排、感应焊连接器、接触焊触头、控制箱等部分组成。有独立的电气控制系统，可完成感应焊/接触焊功能切换、气缸控制等功能。
2、高频焊机技术参数
⑴机组工艺参数
①机组类型：Φ219直缝焊管机组
②最大管径：Φ219mm
③最大壁厚：9mm
④机组速度：15~45m/min
⑤钢管管型：圆管
⑥直流电机：Z4系列160kW电机2台，200kW电机 1台
⑦直流调速柜：配置3台800A欧陆直流调速柜，型号为OLU-800A/440V（扩容型）
①设备配置：600kW固态高频并联型双功能焊机 1套
②设备型号：GGP600-0.3-HC
③焊接方式：感应焊/接触焊双功能
① 设计参数
标称功率：600kW
额定直流功率：Pd=720kW
额定直流电压：UdN=450V
额定直流电流：IdN=1600A
整机效率：η≥85%
输出功率：Pout＞600kW
设计频率：f=200~300kHz
MOSFET逆变器：120kW×5
槽路输出形式：无焊接变压器输出，次级谐振
② 配电要求
标称功率：600kW
额定直流功率：Pd=720kW
进线功率因数：COSφ≥0.9
配电容量：S≥800kVA
供电电压：三相 380V/50Hz
进线电流：I=1300A
进线电缆：每相采用3根185铜缆并联，三相四线制。
三、高频焊机工作原理
串联型固态高频焊机主电路结构如图3-2所示，它是一种典型的AC－DC－AC变频结构。整流器采用三相桥式晶闸管相控整流电路，直流侧采用电感、电容构成LC滤波器以满足电压型逆变器的工作要求。电压型逆变器采用模块化并联结构以拓展电源功率，每个逆变模块为单相MOSFET桥式电路，各个逆变器模块通过高频匹配变压器和串联谐振槽路相连。匹配变压器一方面实现功率的合成和阻抗匹配，另一方面实现负载和电源的电气隔离。
电压型谐振逆变器也称串联谐振型逆变器，是整个固态高频电源的最关键部分，逆变器模块的结构及其输出电压、电流波形如图3-3所示。通过控制MOS管1、3和2、4的交替通断，串联谐振型逆变器的输出电压为近似方波，由于逆变器输出电压的频率处于谐振槽路的谐振频率附近，此时谐振槽路对逆变器输出电压基波具有最小阻抗，对其他高次谐波具有高阻抗，因此负载电流近似为正弦波。
串联谐振逆变器的典型工作状态可分为感性、阻性、容性3种，图3-4分别示出了这3种工作状态的逆变器输出电压、电流的试验波形。
当串联谐振逆变器工作于小感性状态时（图3-4(a)），逆变器的工作频率略高于谐振槽路的固有谐振频率，即负载电流滞后于负载电压一个电角度。此时逆变器的换流有以下特点：
①器件的开通是零电压（ZVS）、零电流（ZCS），理论上器件的开通损耗为零；
②器件的关断是零电压、非零电流，但由于器件的关断电流很小，并且是零电压换流（ZVS），器件关断损耗也很小；
③线路杂散电感对逆变器的换流影响不大；
④换流对MOS的反并联二极管的反向恢复特性没有要求，换流时器件承受的浪涌冲击电压很小。
当串联谐振逆变器工作于容性状态时（图3-4(b)），逆变器的工作频率略低于谐振槽路的固有谐振频率，即负载电流超前于负载电压一个电角度。此时逆变器的换流有以下特点：
①器件的关断是零电压（ZVS）、零电流（ZCS），理论上器件的关断损耗为零；
②器件的开通是高电压、大电流，器件的开通损耗非常大；
③线路的杂散电感对逆变器的换流影响很大；
④逆变器换流时，MOS的反并联二极管的反向恢复电流会在逆变回路中产生强烈的电压、电流振荡，换流器件承受很大的浪涌电压冲击，严重威胁到功率器件的安全运行。
当串联谐振逆变器工作于阻性状态时（图3-4(c)），逆变器的工作频率等于谐振槽路的固有谐振频率，即负载电流和负载电压同相位。阻性状态在理论上是一种最好的换流工作状态，但实际上由于死区时间、阻容吸收电路的影响，逆变器换流器件的工作状态并不好，并且负载的波动极容易使逆变器偏离到容性工作状态，威胁到逆变器的稳定安全运行。
