Высокочастотная сварка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Высокочастотная сварка.

1. Сущность высокочастотной сварки

- при помощи проводников (кондуктора), подключающих свариваемые детали к источнику ТВЧ (кондуктивный способ подачи энергии);

- за счет индуктирования в свариваемых деталях тока высокой частоты с помощью токопроводящего витка (индуктора), подключенного к источнику ТВЧ (индукционный способ подачи энергии).

Нагрев свариваемых поверхностей при высокочастотной сварке обеспечивается за счет использования основных эффектов, связанных с прохождением тока высокой частоты по металлическим проводникам: поверхностного эффекта и эффекта близости.

При пропускании тока высокой частоты по проводнику вокруг и внутри проводника создается магнитное поле, которое, согласно закону электромагнитной индукции, вызывает в проводнике э. д. с. самоиндукции, которая будет направлена противоположно э. д. с. источника питания. При этом э. д. с. самоиндукции, воздействующая на внутренние линии тока, будет больше, чем э. д. с. самоиндукции, воздействующая на поверхностные линии тока. Это приводит к тому, что плотность тока на поверхности будет больше, чем во внутренней области проводника. Такая неравномерность будет увеличиваться по мере повышения частоты тока, т.е. величина э. д. с. самоиндукции пропорциональна частоте тока. Таким образом, с повышением частоты тока концентрация тока на поверхности проводника будет увеличиваться. Этот эффект называется поверхностным эффектом.

При сильном проявлении поверхностного эффекта уменьшение плотности по мере удаления от поверхности к центру проводника происходит по закону:

,

где Ix - плотность тока на расстоянии х от поверхности проводника; _ глубина проникновения тока:

, м,

где - удельное электросопротивление при 20°С, мкОм·м, - относительная магнитная проницаемость материала, f - частота тока, кГц.

При сильном проявлении поверхностного эффекта ток по центральной части проводника практически не течет, что приводит к увеличению активного сопротивления и усилению нагрева проводника.

Эффект близости заключается в перераспределении линий тока, протекающих в соседних проводниках, вследствие их взаимного влияния.

Это явление имеет место только в случае достаточно сильного проявления поверхностного эффекта, т.е. при условии, что глубина проникновения тока достаточно мала по сравнению с поперечными размерами проводника и поперечное сечение проводника лишь частично занято током.

Если проводник с током высокой частоты (индуктор) расположить над проводящей пластиной, то максимальная плотность тока в пластине будет под индуктором. Ток на поверхности пластины будет как бы следовать за индуктором.

Это явление позволяет управлять распределением тока в свариваемых телах и играет большую роль при высокочастотной сварке.

1.1 Преимущества высокочастотной сварки

- обеспечение строгой локализации энергии в зоне сварки;

- высокая интенсивность и эффективность передачи энергии с повышением частоты тока, что упрощает устройства для передачи энергии, в частности позволяет обеспечить бесконтактную ее передачу.

2. Методы подвода тока при высокочастотной сварке

При высокочастотной сварке можно выделить два механизма нагрева свариваемых поверхностей: автоконцентрацию тока и принудительную концентрацию тока.

При автоконцентрации тока по каждой из свариваемых поверхностей пропускают токи, направление которых в каждый момент времени противоположны один другому. За счет эффекта близости происходит самоконцентрация тока на свариваемых поверхностях, причем эта самоконцентрация проявляется тем сильнее, чем ближе между собой свариваемые поверхности и выше частота тока. Этот способ наиболее просто реализуется при непрерывном движении свариваемых кромок, сходящихся под некоторым углом.

При принудительной концентрации тока пропускание через индуктирующий провод тока высокой частоты вызывает в нагреваемых изделиях возникновение тока, противоположного по фазе току индуктора. Вследствие эффекта близости индуктированный ток будет протекать по зоне, определяемой конструкцией и расположением индуктора.

На описанных принципах нагрева свариваемых поверхностей базируются все методы подвода тока при высокочастотной сварке:

1) Кондуктивный токоподвод при непрерывной высокочастотной стыковой сварке наиболее широко применяется при производстве электросварных труб.

В специальном формовочном стане из непрерывной полосы формируется трубная заготовка, которая поступает в сварочные валки, обеспечивающие сжатие кромок. При этом кромки образуют щель V-образной формы. К кромкам трубной заготовки на некотором расстоянии от оси сварочных валков подводятся контакты, которые при движении заготовки скользят по ее поверхности. Контактное устройство (кондуктор) подключается к генератору высокой частоты, и по сварочному контуру, образованному кромками трубной заготовки, контактами и вторичной обмоткой сварочного трансформатора, начинает протекать ток высокой частоты. Поскольку направление тока в каждой из кромок трубной заготовки в любой момент времени противоположны, то вследствие проявления поверхностного эффекта и эффекта близости происходит автоконцентрация тока на противоположных поверхностях кромок, т.е. распределение тока на кромках определяется в основном их взаимным расположением и практически не зависит от источника тока.

Рис. 1. Схема кондуктивного токоподвода при непрерывной высокочастотной стыковой сварке: 1 - трубная заготовка; 2 - контакты кондуктора; 3 - сварочные валки.

Проходя вдоль кромок, электрический ток нагревает их до температуры сварки, и сварочные валки, обеспечивают сжатие торцов кромок и их деформацию, необходимую для образования соединения.

2) Индуктивный подвод тока при непрерывной высокочастотной стыковой сварке наиболее распространен при высокочастотной сварке продольных швов труб, замкнутых профилей и изделий аналогичной формы. В зависимости от диаметра свариваемых труб применяются либо охватывающие, либо внутренние индукторы. При прохождении тока высокой частоты по катушке индуктора в теле трубной заготовки индуктируется ток, который, встречая щель, образованную кромками, замыкается через точку их соприкосновения.

Рис. 2. Схема индуктивного токоподвода при непрерывной высокочастотной стыковой сварке: 1 - трубная заготовка; 2 - индуктор; 3 - сварочные валки; 4 - магнитопровод.

Энергия, передаваемая от индуктора к трубной заготовке, затрачивается на нагрев кромок до температуры сварки и на бесполезный нагрев трубной заготовки. Эффективность передачи энергии в значительной мере повышается, если внутри трубной заготовки установить магнитопровод из ферромагнитного материала.

3) Одновременная стыковая сварка основана на нагреве свариваемых стыков за счет принудительной концентрации тока. Свариваемые трубы помещаются внутри цилиндрического индуктора так, чтобы стык находился внутри цилиндрического индуктора. При пропускании через индуктор ТВЧ в свариваемых стыках индуктируется ток, обратный по фазе току индуктора. Вследствие эффекта близости индуктированный ток протекает по полосе, ширина которой зависит от ширины индуктора и величины зазора между трубой и индуктором. После нагрева стыков до сварочной температуры к ним прикладывается сварочное давление и происходит осадка.

Рис. 3. Схема стыковой высокочастотной сварки труб: 1 - свариваемая труба; 2 - индуктор; 3 - магнитопровод; 4 - зажимы для фиксации свариваемых труб и создания осадки.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается кондуктивный подвод энергии при высокочастотной сварке?

2. В чем заключается индуктивный подвод энергии при высокочастотной сварке?

3. В чем сущность поверхностного эффекта?

4. В чем сущность эффекта близости?

5. Какие механизмы нагрева соединяемых поверхностей можно выделить при высокочастотной сварке?

высокочастотный сварка индуктивный энергия

Литература

1. Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов. М.: Машиностроение, 1973. 408 с.

2. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.Л. Технология и оборудование сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1977. 366с.

3. Технология и оборудование контактной сварки. Под. ред. В.Д. Орлова, М.: Машиностроение, 1986. 325 с.

4. Справочник «Сварка в машиностроении». Том 2. Под ред. А.И. Акулова. Том 2. М.: Машиностроение, 1978. 462 с.

5. Ерохин. А.А. Основы сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1973. 447 с.

6. Технология и оборудование сварки плавлением. Под ред. Г.Д. Никифорова, М.: Машиностроение, 1978. 327 с.

7. Гуляев А.И. Технология точечной и рельефной сварки сталей. М.: Машиностроение, 1978. 244с.

8. Лашко С.В., Лашко Н.Ф. Пайка металлов. М.: Машиностроение, 1988. 376 с.

Размещено на Allbest.ru