При индукционной сварке (ИС) детали нагревают или вихревыми токами, наводимыми магнитным полем, создаваемым близко расположенным к изделию индуктором, подключенным к генератору токами высокой частоты (индукционная схема), или протекаемым током в случае, когда изделие включено непосредственно в цепь высокочастотного генератора (кондукционная схема токоподвода). Этим методом можно соединять черные и цветные металлы и их сплавы, а также пластмассы и синтетические ткани. При индукционном подводе тока соединяемые трубы перед обжимными валками проходят в непосредственной близости от трансформатора или индуктора. Две кромки трубы, расположенные с диаметрально противоположных сторон, подаются друг к другу под некоторым углом, образуя щель V-образной формы. При прохождении под индуктором в свариваемых деталях индуктируются вихревые токи, направленные противоположно току в индукторе. Встречая на своем пути V-образную щель, ток отклоняется к вершине угла схождения. В силу эффекта близости и поверхностного эффекта ток концентрируется в основном на свариваемых участках поверхностей, обращенных друг к другу, тем самым обеспечивая быстрый нагрев металла до температуры сварки. Нажимные ролики обеспечивают контакт свариваемых кромок трубы.
Существует большое разнообразие схем ИС. Среди них можно выделить следующий ряд основных технологических схем.
Свариваемые кромки необходимо обработать до металлического блеска (допускается прокатная окалина), но на них не допускаются заметные неровности.
Для повышения эффективности нагрева внутрь кольцевого индуктора (в трубную заготовку) вводится ферромагнитная масса — ферритовый магнитный сердечник.
Сварка по этой схеме применяется для изделий, имеющих замкнутое поперечное сечение. Она целесообразна для непрерывной последовательной шовной сварки труб.
На рисунке 1.20 показана схема сварки труб вращающимся трансформатором.
Рис. 1.21. Сварка труб со стержневым индуктором:
1 — несваренная часть трубы;
2 — токопроводящая шина;
3 — охлаждающий канал;
4 — магнитное ярмо;
5 — пара нажимных роликов;
6 — индукционный генератор;
7 — сваренная часть трубы
На рисунке 1.22 показана схема продольной сварки труб с кольцевым индуктором.
Этот метод может применяться для сварки труб диаметром 10—100 мм с толщиной стенок 0,5—15 мм из низкоуглеродистых и высокоуглеродистых сталей, нержавеющих и кислотостойких сталей, труб из цветных металлов — меди, латуни, бронзы, алюминия и их сплавов.
С увеличением диаметра труб эффективность охватывающих индукторов резко снижается, наиболее эффективным оказался подвод тока с помощью внутренних индукторов или по совмещенной системе, использующей одновременно как охватывающие, так и внутренние индукторы. Основной эффект от применения внутренних индукторов связан с возможностью уменьшения потерь в теле трубной заготовки.
Рис. 1.22. Сварка токами высокой частоты (ТВЧ) с кольцевым индуктором:
1 — шлицевая труба;
2 — кольцевой индуктор;
3 — магнитный сердечник (используется при малом диаметре труб);
4 — зона токопрохождения;
5 — пара нажимных роликов;
6 — генератор высокой частоты;
7 — сваренная часть трубы;
8 — охлаждение водой
В результате большого удельного давления образуется значительный грат, который следует удалить из зоны сварки. При последовательном расположении стержневых индукторов одина-' ковой или различной мощности можно проводить предварительный и окончательный нагрев, а также сварку труб с большой толщиной стенок.
С помощью сварки изготавливают высококачественные стальные трубы в соответствии с условиями поставки на сварные стальные трубы.
Стыковая сварка с охватывающим индуктором (рис. 1.23) соответствует стыковой контактной сварке.
Рис. 1.23. Схема стыковой высокочастотной сварки труб:
1 — свариваемая труба;
2 — индуктор;
3 — магнитопровод;
4 — зажимы для фиксации свариваемых труб и создания осадки
Имеющийся зазор между индуктором и изделием позволяет сваривать горячекатаный материал без специальной обработки поверхности и торцов заготовки.
Преимущества сварки ТВЧ с индукционным подводом следующие:
быстрый нагрев;
продолжительный срок службы индуктора;
отсутствие на свариваемых деталях под индуктором рисок, царапин и др.
К недостаткам указанного способа следует отнести:
сложность поддержания равномерного зазора между индуктором и поверхностью свариваемых деталей;
сравнительно высокую потребляемую мощность из-за растекания тока по поверхности трубы вне зоны сварки и трудность сосредоточения разогрева в зоне сварки.
В отличие от индукционного токоподвода при контактном наблюдается сконцентрированное выделение теплоты в зоне сварки.
Контактный токоподвод при непрерывной сварке применяется чаще всего при производстве электросварных труб. Эта схема позволяет существенно расширить номенклатуру свариваемых изделий, более экономно расходовать энергию, но при этом приходится считаться с ограниченным ресурсом токоподводов. Износостойкость контактов и надежность систем со скользящими контактами зависят от ряда факторов, важнейшими из которых являются материал контактов, сила прижима, условия охлаждения, величина тока.
Принципиальная схема сварки труб токами высокой частоты с контактными электродами показана на рисунке 1.24.
Рис. 1.24. Сварка токами высокой частоты с контактными электродами:
1 — несваренная часть трубы;
2 — скользящий контакт тока высокой частоты;
3 — зона токопрохождения на трубе;
4 — пара нажимных роликов;
5 — генератор высокой частоты;
6 — свариваемая труба;
7 — охлаждение водой
Промышленное применение высокочастотной сварки связано главным образом с трубным производством, где этот процесс во многих случаях заменяет контактную и дуговую сварки. Высокочастотной сваркой изготавливают прямошовные трубы (из сталей, алюминиевых сплавов, латуни и др.) малого и среднего диаметров (12... 150 мм) при толщине стенки 0,8...6 мм, а также большого диаметра (400...600 мм) при толщине стенки до 8 мм. Наряду с основными их потребителями (машиностроение и строительные конструкции), они находят все большее применение в нефте- и газодобыче. Так, в США производство сварных труб для этих целей достигло 30% от общего выпуска; крупные мощности по производству обсадных и насосно-компрессорных труб введены в Японии. В ряде стран применяется высокочастотная сварка при производстве прямошовных труб большого (450... 1220 мм) диаметра с толщиной стенки до 16 мм из листов длиной 12 м.
Высокочастотная сварка получила распространение для изготовления биметаллических полос толщиной до 14 мм и металлических оболочек электрических кабелей.
Вместе с этим сварка ТВЧ находит достаточно широкое применение для соединения пластмасс и текстильных материалов.
Источник: Конюшков Г.В., Мусин Р.А. Специальные методы сварки давлением. Ай Пи Эр Медиа, 2009
Twitter
Вконтакте
Livejournal
Facebook
Мой Мир
Google Buzz
Gmail