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 использование в качестве основного материала для оболочек электрических кабелей алюминия и стали вместо дефицитного и дорогого свинца; возможность уменьшения толщины сварной оболочки по сравнению с прессованной за счет отсутствия ощутимой разнотолщинности по диаметру (у прессованной оболочки разнотолщинность достигает 10-15%); возможностью сварки практически любых металлов при неограниченных скоростях (при этом не выдвигаются специальные требования к качеству ленты и состоянию свариваемых кромок); отсутствием специальной тепловой изоляции кабельного сердечника ввиду малого объема разогреваемого металла и высокой скорости охлаждения сварного шва. Основное требование к кабельным оболочкам - герметичность. Как правило, кабельные магистрали работают в тяжелых условиях. В процессе эксплуатации подземные кабели помимо давления грунта испытывают дополнительную нагрузку от проходящего транспорта, а на мостах и в местах пересечения дорог подвергаются знакопеременным нагрузкам вследствие вибраций. При высокочастотной сварке свариваемые встык оболочки (особенно из стали) имеют тонкие стенки (до 0,3 мм), Скорость сварки периодически уменьшается в 2-3 раза по сравнению с рабочей скоростью, для свариваемых оболочек применяется стандартная лента нормальной точности. Рассмотрим вариант наложения сварной оболочки на сердечник с экраном из алюминия или меди. Этот вариант наиболее характерен для кабелей со стальной оболочкой. Как и при сварке труб малого диаметра, необходимыми условиями для реализации процесса высокочастотной сварки тонкостенных изделий являются стабильность угла схождения, постоянство толщины оплавленного слоя кромок и их устойчивость при осадке. В конструкции агрегата предусмотрены механизмы и устройства, обеспечивающие стабильность режима сварки при наличии возмущений, вносимых спецификой свариваемого изделия. К таким механизмам относится формующее устройство, в котором формуется оболочка при прохождении ленты между приводными и неприводными вращающимися валками. Криволинейные поверхности валков в сопряжении образуют калибры открытого типа с проходными сечениями, соответствующими толщине изгибаемой заготовки. Вследствие колебаний толщины ленты и погрешностей инструмента наряду с пластическим изгибом ленты могут возникнуть местные изменения ее толщины, которые, как правило, ведут к образованию гофров на кромках и, следовательно, к нарушению режима сварки. В формующем устройстве применена система слежения валков открытых калибров и за геометрическими и силовыми изменениями, происходящими в этих калибрах, благодаря чему удалось полностью устранить возможность образования гофров. процесс сварки оболочки осуществляется в сварочной машине. Машина обеспечивает получение качественного сварного соединения тонкостенных оболочек. Сварка оребренных труб В теплообменных аппаратах применяются трубы с развитой наружной поверхностью, т. е. с прямыми и спиральными ребрами. Такие трубы изготавливаются методом прессования. При этом способе низка производительность и высоки капитальные затраты, невозможно получить трубы с тонкостенными ребрами. Приварка ребер к трубам дуговой сваркой под слоем флюса в среде углекислого газа малопроизводительна и, кроме того, зона термического влияния в теле трубы настолько велика, что создается опасность разупрочнения трубы. При высокочастотной приварке ребер к трубам обеспечивается высокая производительность, минимальная зона термического влияния, высокое качество сварного соединения при использовании различных материалов. В связи с этим в СССР и за рубежом ведутся работы по использованию высокочастотного нагрева при приварке ребер к трубам. сварка стальных тонкостенных спиральношовных труб Тонкостенные трубы, для которых D/2d > 100-250, нужны, например, для сельского хозяйства, нефтепромыслов, промышленной вентиляции и др. Обычно такие трубы изготавливались на станах спиральношовнои сварки с соединением кромок встык или внахлестку дуговой или контактной роликовой сваркой. При этом скорость сварки невелика: при дуговой сварке она не превышает 2,5 м/мин, а при контактной - 4 м/мин. Контактной сваркой можно получать качественные трубы только из холоднокатаной травленой ленты без следов ржавчины или смазки. Такая подготовка ленты значительно удорожает процесс производства и препятствует широкому применению его в промышленности. Технология высокочастотной сварки спиральношовных тонкостенных труб с контактным подводом тока разработана в 1963-1965 гг. Как и при сварке спиральношовных труб большого диаметра, качество соединения зависит от геометрии свариваемых кромок на участках нагрева и осадки. При сварке спиральношовных тонкостенных труб геометрия кромок регулироваться не может, и поэтому для обеспечения оптимальных условий сварки необходимо особое внимание уделять выбору исходных параметров формовки: углу формовки и ширине ленты, используемой для изготовления труб. Радиочастотная сварка высокочастотная сварка электрический кабель труба В настоящее время способ сварки труб токами высокой радиотехнической частоты (70-450 кГц) получил широкое распространение. Этим способом получают трубы диаметром от 8 до 529 мм и более с толщиной стенки 0,3-10 мм. Преимущества радиочастотной сварки Основным преимуществом радиочастотной сварки является более высокая скорость сварки, а именно до 2 м/с и более. Возможность изготовления труб из углеродистых, легированных и высоколегированных, в том числе нержавеющих сталей, цветных и редких металлов и сплавов, качественная сварка труб из горячекатаной нетравленой ленты, значительное уменьшение удельного расхода электроэнергии на 1 тонну готовых труб также является непосредственным преимуществом. К весьма существенному плюсу этого способа следует отнести возможность использования одного и того же сварочного оборудования для сварки различных металлов, изменяя при этом лишь электрические и скоростные параметры процесса. Радиочастотная сварка основана на использовании двух физических явлений, обусловленных характером протекания электрического тока высокой частоты - эффекта близости и поверхностного эффекта. Эффект близости - это явление, при котором в поперечном сечении двух проводников плотность тока, текущего в противоположных направлениях, неравномерна - большее значение на участках сближения проводников. При пропускании по проводнику переменного тока плотность его в периферийных участках будет тем больше, чем выше частота протекающего тока. Это явление называется электрическим поверхностным эффектом. Глубина проникновения тока в сталь зависит от частоты тока и температуры нагрева. Подвод тока к кромкам трубной заготовки осуществляется двумя способами: контактным и индукционным. При контактном методе сварки ток проходит двумя путями: 1)от первого контакта вдоль одной кромки трубной заготовки до точки А и вдоль другой кромки до второго контакта (ток i1) от одного контакта к другому вокруг трубной заготовки (шунтирующий ток i2). Величина тока, протекающего по кромкам трубной заготовки и по периметру заготовки, определяется соотношением индуктивных сопротивлений каждой из рассматриваемых цепей нагрузки. Индуктивное сопротивление цепи, образованной периметром трубной заготовки, значительно превышает индуктивное сопротивление цепи кромок, поэтому максимальная часть суммарного тока будет проходить непосредственно по кромкам заготовки. Индуктивное сопротивление вокруг трубной заготовки увеличивается с ростом диаметра заготовки и при установке внутрь заготовки на участке сварки сердечника из ферромагнитного материала. Применение таких сердечников особенно эффективно при сварке труб малого диаметра. Зазор между сердечником и внутренней поверхностью должен быть минимальным (не более 2-З мм), однако на практике, чтобы избежать пробоев, его поддерживают равным 3-5 мм. Наличие ферритового сердечника увеличивает электрический к. п. д. и способствует большей концентрации энергии в кромках заготовки и тем самым уменьшает ширину зоны их разогрева. Недостатками метода сварки труб токами высокой частоты с контактным способом подвода тока является наличие скользящих контактов, имеющих ограниченный срок службы, что вызывает необходимость их частой замены и увеличивает простой стана. Значительно шире используется сварка труб токами высокой частоты с индукционным способом подвода энергии с помощью кольцевого индуктора, имеющего один или несколько витков, охватывающих трубную заготовку. При индукционном подводе энергии ток индуктора наводит в металле электродвижущую силу; под влиянием э.д.с. в цепи нагрузки возникает электрический ток, который, проходя по периметру заготовки и встречая на своем пути открытую щель, отклоняется к точке схождения кромок, достигая максимальной концентрации за счет эффекта близости и поверхностного эффекта. Недостаток индукционного подвода энергии состоит в том, что по периметру проходит полный сварочный ток и в связи с этим происходит повышенный расход электроэнергии. Отсюда в отличие от контактного подвода увеличение диаметра заготовки приводит к увеличению потерь энергии. Индукционный способ применяют, как правило, при производстве сварных труб диаметром до 114 мм. Сварка труб с контактным подводом энергии требует более качественной заготовки, тщательной настройки формовочного и сварочного стана, постоянного наблюдения за состоянием контактов и частой их смены. Однако потребляемая мощность при получении труб малого диаметра и с малой толщиной стенки примерно в два раза меньше, чем при индукционном подводе энергии. На качество сварного шва большое влияние оказывает частота тока, определяющая глубину зоны термического действия. Нагрев кромок на большую глубину приводит к потерям энергии. При частоте тока звукового диапазона 8 кГц проникновение тока в металл составляет доли миллиметра. В отечественной практике производства труб радиочастотной сваркой принята частота тока 400-450 кГц. Выбор частоты тока определяется не только удельным расходом энергии, но и рядом технологических факторов; толщиной стенки трубы, производительностью, качеством подготовки кромок и др. Увеличение толщины стенки приводит к необходимости снижения частоты сварочного тока, уменьшения скорости и увеличения мощности сварки. На рис. 118 приведена зависимость сварочной мощности от скорости сварки при различной толщине стенки S трубной заготовки. С увеличением скорости сварки и толщины стенки коэффициент полезного действия повышается. Кроме того, скорость сварки оказывает существенное влияние на структуру сварного шва, а следовательно, и на свойства готовой трубы. При увеличенных скоростях сварки повышается скорость охлаждения сварного шва, что приводит к образованию закалочной структуры металла (троостит - мартенсит), что снижает пластичность шва, однако с повышением скорости сварки переходная зона - зона термического влияния резко уменьшается и измеряется десятыми долями миллиметра, а микротвердость сварного шва отличается от микротвердости основного металла на 5-10%. Такие структуры и свойства сварного соединения нельзя получить никакими другими из существующих методов сварки труб. При нагреве кромок трубной заготовки возможны три режима сварки: кромки заготовки при подходе к сварочным валкам нагреваются до температуры 1300-1400 ос, в точке схождения они дополнительно разогреваются, но не доводятся до расплавления, находясь в пластическом состоянии. Сжатием кромок при удельном давлении не менее 50 МПа происходит разрушение и удаление окисных пленок на поверхности шва; кромки заготовки при подходе к точке схождения нагреваются до температуры, близкой к температуре плавления металла и в месте контакта доводятся до расплавления. Давлением сварочных валков жидкий металл с окислами выдавливается, образуя валик (грат). Удельное давление на кромки при этом режиме меньше и составляет 20-30 МПа; кромки при подходе к точке схождения разогреваются до температуры плавления, а в месте контакта перегреваются. Процесс сварки происходит с выбросом расплавленного металла из зоны сварки, и образуется так называемый пилообразный грат. Затраты энергии в каждом из трех режимов различны: минимальные в первом, несколько больше во втором и максимальные при третьем режиме сварки. Выбор того или иного варианта зависит от свойств металла трубной заготовки, качества ее поверхности и требований, предъявляемых к внутреннему грату. Малоуглеродистые стали хорошо свариваются и в пластическом (давлением) и расплавленном (оплавлением) состояниях. Однако при сварке в пластическом состоянии давление на кромки должно быть значительно большим, чем при сварке расплавлением. Это приводит к заметной деформации кромок и образованию ровного, но значительной величины внутреннего грата. При толщине стенки трубы 1,5-2,0 мм высота грата достигает 0,8-1,0 мм. При сварке с оплавлением в точке схождения кромок (второй режим) внутренний грат получается в виде плотного валика без неровностей и высотой не более 0,4 мм. С уменьшением сварочного давления не только уменьшается величина трата, но и увеличивается стойкость узла сварочных валков. Третий режим сварки применяют при изготовлении труб из высоколегированных сталей и специальных сплавов. Высота грата на наружной и внутренней поверхности трубы может регулироваться подготовкой кромок (скосы) или применением специальной калибровки формовочных валков. Заключение 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. Список литературы Рыкалин, Н.Н. Расчёты тепловых процессов при сварке / Н.Н. Рыкалин. - М.: Книга по Требованию, 2012. - 294 c. Чернышов, Г. Г. Основы теории сварки и термической резки металлов / Г.Г. Чернышов. - М.: Academia, 2012. - 208 c. Шоршоров, М.Х. Металловедение сварки стали и сплавов титана / М.Х. Шоршоров. - М.: Книга по Требованию, 2012. - 337 c. Моисеенко, В. П. Материалы и их поведение при сварке / В.П. Моисеенко. - М.: Феникс, 2009. - 304 c. ГОСТ. Сварка, пайка и термическая резка металлов. Сборник гостов. Часть 1.. - М.: Стандартов, 1990. - 288 c. Антонов, В.П. Диффузионная сварка материалов / В.П. Антонов, В.А. Бачин, Г.В. Закорин, и др.. - М.: Машиностроение, 1981. - 271 c. 1 2 |