Индукционно-прессовая (высокочастотная) сварка

Способ индукционного нагрева рассмотрен в предыдущем параграфе. Как указывалось, максимальную плотность переменный ток имеет на поверхности проводника, которая нагревается больше, чем внутренние слои металла. При диффузионной сварке это затрудняет процесс образования сварного соединения из-за того, что металл по сечению свариваемых деталей нагревается неравномерно. Однако при индукционно-прессовой и радиочастотной сварке поверхностей эффект может быть использован для местного нагрева деталей, причем чем больше частота тока, тем эффективнее поверхностный нагрев. Это хорошо очевидно из следующей формулы:

где, А — глубина проникновения тока;/— частота тока; v — удельная электропроводность металла, детали; ц — магнитная проницаемость проводника.

Индукционная сварка (рис. 3.22, а) заключается в нагреве свариваемых кромок индуктором 2. Частота тока в зависимости от используемых типов генератора равна 2,4—8,5 кГц. Нагретые кромки заготовки сжимаются с помощью роликов 5, которые и завершают процесс сварки. При индукционной сварке плавления кромок не происходит, поэтому оксиды из стыка в момент сдавливания не могут удаляться, что ограничивает ее применение сваркой низкоуглеродистых сталей.

Сварка токами радиочастоты (частота 70—450 кГц) производится подводом энергии через скользящие контакты (рис. 3.22, б) или с помощью индуктора (рис. 3.22, в).

При радиочастотной сварке по первой схеме контакты 2 и 3 скользят по поверхности движущейся заготовки 1, формируемой из ленты с помощью прижимных роликов 5 в специальной установке. Ток подводится к каждой кромке через свой скользящий контакт от генератора радиочастоты.

Рис. 3.22. Схема сварки труб:

а — индукционная; бив — радиочастотная В заготовках ток проходит по свариваемым кромкам до места их соприкосновения, оплавляет их, обеспечивая требуемый нагрев перед осадкой кромок прижимными роликами. Другой возможный путь для тока — по окружности заготовок. Однако при малом расстоянии I от токопроводов до места контакта заготовок удается добиться такого положения, при котором сопротивление току по окружности заготовок будет больше, чем по свариваемым кромкам, и потери на шунтирование оказываются незначительными.

Сварка с подводом тока через скользящие контакты применяется для тонкостенных заготовок. Недостатком ее является необходимость иметь контакты, касание которых с поверхностью движущейся заготовки может нарушаться, в результате поверхность контактов и заготовок подплавляется. Контакты, кроме того, приходится часто заменять.

При радиочастотной сварке по второй схеме (см. рис. 3.22, в) трубная заготовка 1 является как бы вторичным витком трансформатора, концы которого замыкаются через свариваемые кромки в месте их соприкосновения. Под действием высокочастотного поля индуктора 2 в заготовке наводится ЭДС и индуцируется ток. Проходя по заготовкам, ток в месте их соприкосновения оплавляет кромки, которые свариваются в результате их сближения под действием прижимных роликов 3. Для усиления магнитного поля в заготовки может вставляться ферритовый стержень 4.

Сварка по второй схеме применяется для толстостенных заготовок сравнительно малого диаметра, так как в противном случае возрастают потери при прохождении тока в заготовках.

В радиочастотной сварке используется кроме поверхностного эффекта также эффект близости. Эффект близости проявляется в том случае, если ток течет по одному из двух близко расположенных проводников или по двум одновременно, но токи имеют разное направление. Когда переменный ток течет по проводнику, а рядом находится второй проводник без тока, то в последнем вследствие электромагнитной индукции возникают ЭДС и ток, направленный противоположно первому. Магнитные потоки от обоих проводников, по которым течет ток в разных направлениях, в зазоре между ними, как известно, складываются, а вне его — вычитаются. Таким образом, на тех поверхностях проводников, которые обращены друг к другу, напряженность магнитного поля больше и их нагрев значительно выше. Аналогичная картина наблюдается, если близко расположены проводники и по ним течет ток в разных направлениях.

Радиочастотная сварка высокопроизводительна. Скорость ее сварки достигает 0,25 м/с и более.

В табл. 3.5 приведены данные по скорости радиочастотной сварки.

Таблица 3.5

Вследствие малой глубины проникновения тока металл расплавляется непосредственно у поверхности кромок, зона термического влияния мала и деформации в связи с этим получаются незначительными.

Металл не успевает существенно окислиться, находясь при радиочастотной сварке малое время в расплавленном состоянии. Кроме того, часть оксидов выжимается из стыка под воздействием прижимных роликов, что позволяет отказаться от использования специальной защиты металла от окисления.

Достоинством радиочастотной сварки также является и то, что в процессе кристаллизации металл подвергается сжимающим пластическим деформациям, что способствует улучшению структуры сварного шва и переходной зоны, уменьшает вероятность образования трещин.

Радиочастотной сваркой можно сваривать довольно много металлов и сплавов, таких как низкои высокоуглеродистые, легированные стали, алюминий, медь, латунь, титан и цирконий.

Радиочастотная сварка применяется при изготовлении труб диаметром от 10—12 до 1000—1200 мм, как прямым, так и спиральным швом, а также трубных заготовок для последующего получения из них сильфонов различного назначения, волноводных трактов антенных устройств и т. п. Применяется эта сварка и для изготовления изделий более сложной конфигурации.