Beim Hochfrequenzschweißen handelt es sich um ein neuartiges Schweißverfahren, das den Skineffekt und den Nachbareffekt von Hochfrequenzstrom nutzt, um Stahlplatten und andere Metallwerkstoffe zu verbinden. Die Entstehung und Reife der Hochfrequenz-Schweißtechnologie ist ein Schlüsselprozess bei der Herstellung von ERW-Stahlrohren. Die Qualität des Hochfrequenzschweißens wirkt sich direkt auf die Gesamtfestigkeit, das Qualitätsniveau und die Produktionsgeschwindigkeit der geschweißten Rohrprodukte aus.
Das Grundprinzip des Hochfrequenzschweißens:
Die sogenannte Hochfrequenz bezieht sich auf die Frequenz des Wechselstroms von 50 Hz und bezieht sich im Allgemeinen auf den Hochfrequenzstrom von 50 kHz bis 400 kHz. Wenn hochfrequenter Strom durch einen Metallleiter fließt, entstehen zwei besondere Effekte: der Skin-Effekt und der Proximity-Effekt. Beim Hochfrequenzschweißen werden diese beiden Effekte zum Schweißen von Stahlrohren genutzt. Was sind also diese beiden Effekte?
Der Skin-Effekt bedeutet, dass, wenn ein Wechselstrom einer bestimmten Frequenz durch denselben Leiter fließt, die Stromdichte nicht gleichmäßig über alle Abschnitte des Leiters verteilt ist. Er konzentriert sich hauptsächlich auf die Oberfläche des Leiters, d. h. die Stromdichte auf der Oberfläche des Leiters ist hoch. Die Dichte im Inneren des Leiters ist gering, daher nennen wir es anschaulich: „Skin-Effekt“. Der Skin-Effekt wird üblicherweise anhand der Eindringtiefe des Stroms gemessen. Je geringer die Eindringtiefe, desto ausgeprägter ist der Skin-Effekt. Diese Eindringtiefe ist proportional zur Quadratwurzel des spezifischen Widerstands des Leiters und umgekehrt proportional zur Quadratwurzel aus Frequenz und Permeabilität. Laienhaft ausgedrückt: Je höher die Frequenz, desto mehr Strom wird auf der Oberfläche der Stahlplatte konzentriert. Je niedriger die Frequenz, desto stärker ist der Oberflächenstrom gestreut. Es ist zu beachten, dass Stahl zwar ein Leiter ist, seine magnetische Permeabilität jedoch mit steigender Temperatur abnimmt. Das heißt, wenn die Temperatur der Stahlplatte steigt, nimmt die magnetische Permeabilität ab und der Skin-Effekt nimmt ab.
Der Proximity-Effekt bezieht sich auf die Tatsache, dass, wenn hochfrequenter Strom in entgegengesetzter Richtung zwischen zwei benachbarten Leitern fließt, der Strom intensiv zu den Kanten der beiden Leiter fließt. Selbst wenn die beiden Leiter eine weitere kürzere Seite haben, folgt der Strom nicht. Bei einem kürzeren Routenfluss nennen wir diesen Effekt: „Proximity-Effekt“.
Der Proximity-Effekt ist im Wesentlichen auf die Rolle der induktiven Reaktanz zurückzuführen, die bei hochfrequenten Strömen eine führende Rolle spielt. Der Proximity-Effekt nimmt zu, wenn die Frequenz zunimmt und der Abstand zwischen benachbarten Leitern kleiner wird. Wenn um den angrenzenden Leiter ein Magnetkern angebracht wird, wird der Hochfrequenzstrom stärker auf die Oberfläche des Werkstücks konzentriert.
Diese beiden Effekte sind die Grundlage für die Realisierung des Hochfrequenz-Metallschweißens. Beim Hochfrequenzschweißen wird der Skin-Effekt genutzt, um die Energie des Hochfrequenzstroms auf der Oberfläche des Werkstücks zu konzentrieren; und nutzt den Proximity-Effekt, um den Ort und die Reichweite des Hochfrequenz-Stromflusspfades zu steuern. Die Strömungsgeschwindigkeit ist sehr hoch. Es kann die Kanten benachbarter Stahlplatten in kurzer Zeit erhitzen und schmelzen und durch Extrusion Stoßverbindungen herstellen.
