对接焊管的发展历程
1935年,正值美国钢管行业蒸蒸日上之时,共和国钢铁公司拥有的Johnston电焊钢管专利宣告失效。此后焊管技术进步层出不穷,不断有新的竞争者介入,俄亥俄州克利夫兰的Yoder公司是其中的佼佼者。到1940年,Yoder公司就已经开发出旋转变压器和低频电阻焊两大技术,其中焊接频率为180~360Hz。正是这两项关键技术,使焊接效率和焊管质量均有了本质性的改进。具有现代的全流程ERW生产工艺技术基本形成,通过采用新技术的这些机组开始生产焊接锅炉管等严苛条件下使用的高端焊管。二次世界大战之后,焊管机组从Yoder公司和辐深公司开始向全世界推广。
1.专利失效后焊管制造业的壮大
在Johnston专利保护期内,电焊钢管工艺技术由共和国钢铁公司不断改进而趋于成熟,应用范围稳步扩张。许多钢管制造和装备制造企业对之窥视已久,准备专利一旦失效即刻开始进军焊管行业。尽管美国从1929年开始经历了经济大萧条,但钢管行业却呈现增长态势,特别是1935年Johnston专利失效后,焊管制造业开始飞速发展。
Yoder公司是当时最活跃的焊管装备制造商,除此之外还有美国辐深公司、MacKay公司等,原来从事无缝钢管装备制造的Aetna公司也加入焊管装备制造的队伍。
Johnston专利失效后呈现出的相互竞争局面,极大促进了焊管技术的发展。期间Yoder公司完成了一系列卓有成效的研究探索,甚至建立了一套专门用于研究的实验机组。其中旋转变压器和低频焊接技术的组合是那个时代最伟大的技术进步,也因此开创了焊管技术的新时代。
2.旋转变压器技术
初期的焊机直接把工频电流输入变压器初级,变压器次级通过电刷把工频电流导入电极辊。电刷承受低电压、高电流,非常容易打火损坏,既限制了焊机能力,又带来了令人头痛的维护问题。尽管对电刷结构进行了各种改进,但始终无法本质性地改变电刷打火报坏的问题,焊机效率始终处于45%~50%。
历经多次尝试之后,旋转变压器成为解决该问题的有效方案。首先变压器与电极辊同时旋转,缩短了次级电路,显著降低了功率损耗;其次消除了打火现象,使得大功率焊机设计成为可能。
实际上,旋转变压器方案早在1923年就由Newark钢管公司的E.Snodgrass申请了专利,但不知何因却一直没有得到推广。直到1938年后,以Yoder公司为首的设备制造商开始再次争先申请旋转变压器的专利,而恰逢E.Snodgrass专利失效之时,其中Yoder公司和辐深公司的专利均得到了实际应用,对旋转变压器的不断改进一直持续到1960年代后期。图1为世界上首台空冷旋转变压器结构示意图。
图1 世界上首台空冷旋转变压器(E.Snodgrass专利)
旋转变压器显著提高了焊机效率,从原来的45%~50%提高到80%~90%,这使得大功率焊机成为可能,从而开拓了中大直径厚壁电阻焊管生产的新领域。