Индукционная сварка. 162137_б-МНСТипу41_2020_7. Контрольная работа По дисциплине Специальные методы соединения материалов По теме Индукционная сварка
 Скачать 103.47 Kb.
|
1 2 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» Кафедра «Сварка и металлургия» Контрольная работа По дисциплине: Специальные методы соединения материалов По теме: «Индукционная сварка» Выполнил: студент ИММ Группы: б-МНСТипу41 Клюквин С.В. № 162137 Проверил: Куц Л.Е. Саратов – 2020 Содержание Введение…………………………………………………………………3 Индукционная сварка…………………………………………………...4 Заключение……………………………………………………………...20 Список литературы……………………………………………………..21 Введение Сегодня, сварка - один из наиболее распространенных технологических процессов в ряде отраслей производства. Она необходима и в быту, и в малом строительстве и т. д. В древности, сварки как самостоятельной технологии не существовало, а простейшие сварочные операции выполняли кузнецы и литейщики. Кузнецы разогревали детали в горне, соединяли, а затем проковывали их. Этот способ известен и сегодня под названием кузнечной, или горновой, сварки. Именно так сваривали металлические детали вплоть до конца XIX века. Литейщики пользовались несколько иными способами: они заформовывали и соединяли детали, а участок соединения заливали расплавленным металлом. Сегодня этот способ используется, в частности, при изготовлении художественного литья. Открытие электрической дуги раз и навсегда изменило способы соединения металлических деталей. В 1802 году при экспериментах с электрической дугой удалось получить пламя, способное плавить металл. Однако до разработки сварочного аппарата дело не дошло: ученые опередили свое время, ведь для питания такого мощного устройства был необходим источник электрического тока, а их в начале XIX века еще не существовало. Кроме того, промышленность того времени была развита слабо и острой необходимости в сварочном устройстве не было. И только через 80 лет, в конце XIX века, было предложено первое устройство для электрической дуговой сварки с помощью угольного электрода. Это изобретение вскоре получило самое широкое распространение, причем первыми его оценили по достоинству ремонтники железнодорожных депо. А еще через несколько лет был изобретен способ, обеспечивающий непрерывное плавление материала и улучшающий качество сварного шва. В ХХ веке были значительно усовершенствованы старые и изобретены новые способы сварки. В нынешнее время с ростом научно-технического прогресса проблема осуществления и способа сварки изделий имеет достаточно большую актуальность. Индукционная сварка 1 Сварка ТВЧ (высокочастотная сварка) Впервые идея применения токов высокой частоты (ТВЧ) для сварки металлов была предложена в 1946 г. советскими специалистами во главе с А.В. Улитовским. В 50-е годы в Советском Союзе и за рубежом начались интенсивные исследования по созданию технологии и оборудования для высокочастотной сварки труб, а несколько позже и для оболочек кабеля и профилей. Был создан способ промышленного применения высокочастотной сварки, при котором изделие перед сварочным узлом формуется в виде заготовки с V-образной щелью между свариваемыми кромками. К кромкам посредством скользящих контактов или индуктором подводится ТВЧ таким образом, чтобы он проходил от одной кромки к другой через место их схождения. Вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости, который по мере сближения кромок усиливается, достигается высокая концентрация тока в месте схождения кромок. Благоприятное распределение тока, высокая степень концентрации мощности обеспечивают возможность ведения процесса с оплавлением тонкого слоя на поверхности свариваемых кромок и получение прочного качественного сварного соединения. Нагретые кромки изделия обжимаются с помощью валков и свариваются. Качество сварного соединения и расход электроэнергии тесным образом связаны с особенностями протекания ТВЧ по проводникам. 1.1 Законы и явления, лежащие в основе процесса высокочастотной сварки Высокочастотная сварка металлов основана на использовании законов электромагнитной индукции и полного тока, а также следующих явлений: поверхностного эффекта, эффекта близости, кольцевого или катушечного эффекта, влияния магнитопроводов и медных экранов на распределение тока в проводнике, изменения свойств металлов при изменении температуры и напряженности магнитного поля, возникновения электромагнитных сил. В результате появляются индукционные токи (вихревые токи, или токи Фуко), которые и вызывают нагрев. Эти законы и явления необходимо учитывать при выборе параметров процесса и конструировании устройств для передачи сварочного тока к изделиям. 1.2 Механизм процесса высокочастотной сварки Исходя из современных представлений о сварке металлов, процессы высокочастотной сварки можно разделить па три группы. . сварка давлением с оплавлением. Осуществляется при предварительном нагреве и местном расплавлении свариваемых поверхностей. Расплавленный металл удаляется из зоны соединения при осадке; сварное соединение образуется между поверхностями, находящимися в твердом состоянии. Скорость нагрева достигает 150-103 °С/с; осадка - 0,15-1,5 мм; Скорость осадки - 2000 мм/с. сварка давлением без оплавления. Осуществляется с предварительным нагревом свариваемых поверхностей до температуры ниже точки плавления свариваемого металла. Скорость нагрева не превышает 400 °С/с; осадка - 2,5-6,0 мм; Скорость осадки - 20 мм/с. сварка плавлением без давления. Осуществляется при нагреве свариваемых элементов до оплавления. Ванна расплавленного металла застывает, образуя сварной шов без приложения давления. Скорость нагрева доходит до 8000 °С/с. сварка давлением с оплавлением. Этот процесс наиболее широко распространен при производстве сварных изделий и полуфабрикатов с непрерывным швом из черных и цветных металлов. Если свариваемые элементы имеют одинаковые геометрические размеры и материал и расположены симметрично относительно вертикальной плоскости, то при симметричном подводе тока к свариваемым элементам обеспечивается полная идентичность нагрева. Такая схема называется симметричной. Когда свариваемые элементы имеют неодинаковую геометрию, даже при симметричном подводе тока к элементам плотность тока на них неодинакова. Различны и условия теплоотвода. Обеспечить одинаковый нагрев обоих элементов без принятия специальных мер невозможно. Такая схема называется несимметричной. При сварке элементов с различными теплофизическими свойствами схема будет также несимметричной. Способы высокочастотной сварки Существует большое разнообразие схем высокочастотной сварки. Среди них можно выделить следующие основные технологические схемы (рис. 1). 1. Индукционный подвод тока наиболее распространен при высокочастотной сварке продольных швов труб, замкнутых профилей и изделий аналогичной формы. В зависимости от диаметра свариваемых труб применяются либо охватывающие (см. рис. 8.23, б), либо внутренние (см. рис. 8.23, б) индукторы. При сварке по схеме (см. рис . 8.23, б) магнитный поток индуктора индуцирует в металле изделия ЭДС. Это приводит к появлению тока, протекающего по периметру заготовки. У зазора (открытая щель) он отклоняется к точке схождения кромок. Таким образом, ток течет по периметру сечения трубы, и при этом плотность его невелика (паразитный ток), а также вдоль кромок к «очагу» сварки (полезный ток). Благодаря двум эффектам - близости и поверхностного - достигается концентрация энергии (большие плотности тока) на узких участках кромок заготовок. В месте их контакта, в вершине угла, металл доводится до плавления. Для повышения эффективности нагрева внутрь кольцевого контура (в трубную заготовку) вводится ферромагнитная масса - ферритовый стержень. 2. Кондуктивный токоподвод при непрерывной высокочастотной с варке (см. рис . 8.23, а) 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. 3. Стыковая индукционная сварка с охватывающим индуктором ( рис. 8.24) соответствует газопрессовой с варке или стыковой контактной сопротивлением. Стыковая индукционная сварка с линейным индуктором возможна для непрерывной шовной сварки труб изделий аналогичного профиля, но ограниченной длины, соответствующей размеру индуктора. Имеющийся зазор между индуктором и изделием позволяет сваривать горячекатаный материал без специальной обработки поверхности и торцов заготовки. Высокочастотная сварка металлических изделий по отбортованным кромкам. Суть способа сварки плавлением по отбортованным кромкам (рис . 8.25) заключается в том, что через сварочный индуктор, индуктирующий провод которого повторяет контур свариваемых кромок, пропускается ТВЧ, индуктирующий в кромках сварочный ток.   Выбор оптимальных параметров сварочных устройств Свариваемый сортамент труб ограничивается отношением D/2d. Максимальное значение D/2d определяется условием устойчивости заготовки данного диаметра при осадке с оптимальным давлением, т. е. тонкостенность свариваемой трубной заготовки зависит от свариваемого диаметра и материала заготовки. Максимальное значение толщины стенки при заданном диаметре трубы определяется допустимыми электрическими потерями в ее теле, а при очень малых соотношениях - и возможностями процесса формовки. Сварка труб, толщина которых определяется отношением D/2d, может быть осуществлена в широком диапазоне частот тока. Поэтому решающим фактором является простота и надежность конструкции системы передачи тока, зависящей в значительной степени от пропускаемого тока. Чем выше частота и длительнее время нагрева, тем меньше ток. Снижение сварочного тока за счет увеличения времени нагрева нецелесообразно, так как при этом увеличиваются тепловые потери вследствие отвода тепла в тело свариваемой заготовки. Наиболее эффективно уменьшение тока за счет повышения частоты до 200-500 кГц. Дальнейшее повышение частоты, как правило, нежелательно, так как заметного уменьшения тока это на дает и ухудшаются показатели источников питания сварочных устройств. Поэтому с учетом выделенного льготного диапазона частот для высокочастотной сварки труб малого и среднего диаметров принята частота 440 кГц, хотя в отдельных случаях применяются частоты 70 и 10 кГц. За рубежом для сварки таких труб применяют частоты 170-500 кГц. Наименьший расход электроэнергии при индукционном подводе тока с помощью охватывающего индуктора наблюдается при сварке труб диаметром 35-45 мм. Если принять мощность, потребляемую при сварке труб диаметром 35-45 мм за единицу, то отношение этой мощности к мощности, необходимой для сварки трубы другого диаметра, даст коэффициент изменения мощности kM. Необходимо заметить, что при контактной системе подвода тока значение приведенной мощности для сварки труб диаметром 35-45 мм примерно такое же, как при индукционном подводе, и практически не меняется с изменением диаметра трубы. Поэтому при сварке труб малого диаметра следует рекомендовать только систему индукционного подвода тока. С ростом диаметра свариваемой заготовки значительно увеличивается потребляемая мощность, и при диаметре заготовки 220 мм она удваивается по сравнению с мощностью, необходимой для сварки труб диаметром 35-45 мм. Однако экономичность процесса определяется не только энергетическими показателями. При сварке труб диаметром 159 и 168 мм потребляемые мощности при контактном способе с помощью вращающихся контактов и индукционном практически одинаковы, а по данным фирмы «Терматул», для труб диаметром 168 мм можно уменьшить эту мощность на 10-12%, если применить скользящие контакты. Лишь при сварке труб диаметром 219 мм разница в мощностях становится ощутимой. Помимо возможности иметь меньшую длину нагреваемых кромок и меньший расход мощности, система с контактным подводом тока удобна при перестройке стана, связанной с переходом с одного диаметра труб на другой. В то же время этой системе присущи следующие недостатки: Необходимость симметричной передачи тока к свариваемым кромкам посредством контактов, симметрично расположенных относительно вертикальной плоскости. Периодическое смещение кромок относительно контактов приводит к снижению качества сварного соединения, особенно в непрерывных трубосварочных станах при прохождении через формовочную и сварочную машины стыка полос следующих друг за другом рулонов. Возможность появления на поверхности трубы локальных оплавленных участков (поджогов), возникающих вследствие образования электрической дуги в момент нарушения контакта. Нарушение контакта происходит при прохождении стыка, дефектах формовки или свариваемой ленты. Необходимость периодической остановки стана при смене контактных наконечников или проточке вращающихся электродов. Сварка металлических оболочек электрических кабелей Целесообразность применения высокочастотной сварки в производстве кабельных оболочек обусловлена следующими факторами: 1 2 |