Индукционная сварка с давлением
Обновлено: 27.04.2024
Открытая Михаэлем Фарадеем, индукция берет начала с катушки проводникового материала (например меди). По мере того как ток идет по катушке, магнитные поля возникают вокруг катушки. Возможность магнитного поля выполнять работу зависит от конструкции катушки, а так же от тока, проходящего через нее.
Магнитные поля указаны как линии, проходящие вокруг и через катушку.
Направление магнитных полей зависит от направления тока, таким образом, изменение тока, идущего через катушку, приведет к тому, что магнитные поля сменят направление в той же пропорции что и частота нового тока. 60 Гц переменного тока вызовут поля, которые меняют направление 60 раз в секунду. 400кГц переменного тока вызовут магнитные поля, которые меняют направление 400 000 раз в секунду.
Когда металл, являющийся проводником, помещают в изменяемое магнитное поле (например, поле сгенерированное переменным током), напряжение возникает внутри металла (Закон Фарадея). Вызванное напряжение приведет к потоку электронов: ток! Ток проходит через рабочий кусок металла в противоположном направлении напряжению в индукторе. Это означает что мы можем регулировать частоту тока в металле с помощью управления частотой тока в индукторе.
Так как ток течет через среду, в ней возникнет сопротивление движению электронов. Это сопротивление выявляется как нагрев (Эффект нагрева Джоуля) Материалы с большим сопротивлением к движению электронов покажут больший нагрев при течении тока по ним, но при этом можно так же нагревать металлы с очень высокой проводимостью (например медь) используя вызванные токи. Этот феномен является критичным для индуктивного нагрева.
Общая информация
Способ включает использование законов и явлений физики.
- эффекта близости;
- возникновения электромагнитных сил;
- поверхностного эффекта;
- влияния на распределение тока в проводнике медных экранов и магнитопроводов;
- катушечного или кольцевого эффекта;
- изменения свойств металлов при изменении напряженности магнитного поля и температуры.
При высокочастотном нагревании основная роль отводится явлению поверхностного эффекта и эффекта близости.
Поверхностный эффект
Заключается в неравномерности распространения переменного тока по профилю проводника (глубина проникновения тока). У внешней поверхности плотность тока наибольшая и постепенно уменьшается по мере удаления вглубь. В центре тела она минимальна.
Благодаря поверхностному эффекту, в наружных слоях происходит концентрирование выделения энергии и быстрый нагрев металла. Эффект близости также способствует этому проявлению.
Эффект близости
Заявляет о себе путем прохождения в системе проводников переменного тока. На каждый из проводников при этом распространяется влияние как собственного переменного магнитного поля, так и поля других проводников.
Чем меньше расстояние, отделяющее проводники друг от друга, и выше частота тока, тем сильнее эффект близости.
Это явление способствует усилению концентрации энергии во внешнем слое металла, подвергаемому нагреву. Таким образом, выделение тепловой энергии происходит непосредственно в толще металла, обеспечивая быстрый нагрев в сварочной зоне и высокую эффективность способа нагрева.
Чем индукция отличается от остальных методов нагрева?
Существует несколько методов нагрева предмета без индукции. Самыми распространенными в промышленной практике являются газовые печи, электрические печи и соляные ванны. Данные методы все основаны на передаче тепла предмету от источника (горелки, нагревательного элемента, жидкой соли) посредством конвекции или излучения. После того как поверхность предмета нагрета тепло проходит внутрь посредством тепловой проводимости.
Индукционный нагрев предметов не зависит от конвекции или излучения для доставки тепла к поверхности предмета. Вместо этого тепло генерируется на поверхности предмета посредством течения тока. Затем тепло от поверхности передается внутрь предмета с помощью теплопроводности. Глубина в которой тепло непосредственно генерируется посредством возникновения тока зависит от некоего параметра, называемого Электрическая опорная глубина.
Электрическая опорная глубина очень сильно зависит от частоты возникающего тока текущего в предмете. Большая частота даст небольшую электрическую опорную глубину и более низкая частота приведет к большей электрической опорной глубине. Данная глубина так же зависит от электрических и магнитных свойств предмета.
Электрическая опорная глубина высоких и низких частот.
Группа компаний Индуктотерм использует преимущества данных физических феноменов для заказных решений нагрева для специальных продуктов и применений.
Точный контроль мощности, частоты и геометрии катушки позволяет Группе Индуктотерм разрабатывать оборудование с высокими уровнями управляемости процессом и надежности вне зависимости от применения.
Принцип действия
Теоретические разработки в области индукционных средств нагрева долгое время не могли найти практического применения, так как низкая частота не давала нужного эффекта. Существенные сдвиги появились после того как разрешилась проблема относительно выработки высокочастотных магнитных полей. После этого появилась реальная возможность применения индукционных элементах в нагревательных системах.
Конструкция типового устройства состоит из следующих деталей:
- Генератор тока. Выполняет преобразование напряжения домашней сети в высокочастотный электрический ток.
- Индуктор. Представляет собой катушку, изготовленную из медной проволоки, в которой, под действием тока образуется магнитное поле.
- Нагревательный элемент. Как правило, это отрезок металлической трубы, помещенный внутрь индуктора. Он нагревается сам и передает тепловую энергию в систему отопления.
Индукционная Плавка
Для большинства процессов плавка является первым шагом в производстве полезного продукта, индукционная плавка является быстрой и эффективной. Меняя геометрию индукционной катушки, индукционные печи могут быть различными по размерам – объемом от небольшой чашки кофе до сотен тонн расплавленного металла. Далее, корректируя частоту и мощность, группа компаний Индуктотерм может перерабатывать практически все металлы и материалы, включая железо, сталь и нержавеющие сплавы, медь и сплавы на ее основе, алюминий и кремний и другие. Индукционное оборудование делается на заказ для каждого отдельного применения чтобы использоваться наиболее эффективно.
Сварка прямошовных труб малого и среднего диаметров
Высокочастотная сварка давлением с предварительным нагревом и местным расплавлением свариваемых поверхностей нашла наибольшее применение в производстве прямошовных труб малого и среднего диаметров. В 1975 г. методом высокочастотной сварки в СССР ежедневно изготовлялось более 3 млн. м сварных труб из углеродистых и нержавеющих сталей, сплавов алюминия, меди и титана диаметром от 10 до 530 мм с толщиной стенки от 5 до 10 мм.
Рисунок 1 — Схема агрегата для производства прямошовных труб
Индукционная Вакуумная Плавка
Ввиду того что индукционный нагрев связан с использованием магнитных полей, нагреваемый предмет должен быть физически изолирован от индуктора огнеупором или другим не проводниковым материалом. Магнитные поля будут проходить через этот материал чтобы возбудит напряжение в загрузке содержащейся внутри. Это означает что предмет или материалы могут быть нагреты в условиях вакуума или в аккуратно контролируемой атмосфере. Это позволяет перерабатывать очень активные металлы (Титан, алюминий), специальные сплавы, кремний, графит и любые другие чувствительные проводимые материалы.
Как из инвертора для сварки сделать нагреватель
Принцип нагрева металла вихревыми токами, индуцируемыми внешним электромагнитным полем, известен достаточно давно. Плавильные индукционные тигельные печи используются в металлургии с начала прошлого века. Индукционный нагрев применяется при закалке инструмента и пайке массивных деталей.
Идея использовать индукционный нагрев в системах отопления начала реализовываться в конце прошлого века. Наряду с промышленными установками, стали появляться самодельные устройства, в том числе такие, как индукционный нагреватель из сварочного инвертора.
Индукционный нагрев
В отличие от методов горения, индукционный нагрев является точно контролируемым вне зависимости от объема нагреваемого предмета. Варьируя ток, напряжение и частоту в индукторе можно получить точно настроенный нагрев, отлично подходящий для точных применений, таких как упрочнение корпусов, отпуск и упрочнение, отжиг и другие формы термической обработки. Высокий уровень точности контроля является критичным для некоторых применений, таких как автомеханика, аэрокосмическая отрасль, стекловолокно, военная техника, упрочнение проволоки и отпуск. Индукционный нагрев отлично подходит для специальных металлических производств с применением титана, драгоценных металлов и улучшенных композитов. Точное управление нагревом которое обеспечивает индукционный нагрев не может быть обеспечено ни одним другим способом. Кроме того, используя ту же базу что и для вакуумного нагрева в тигле, индукционный нагрев может быть выполнен в атмосфере с непрерывным применением. Например для отжига трубки из нержавеющей стали.
Режимы термической обработки
Данный процесс состоит из трех этапов:
- индукционного нагрева сварного шва до необходимой температуры;
- выдержки в таком состоянии в течение некоторого времени;
- охлаждения с определенной скоростью.
При монтаже трубопроводных систем используются следующие режимы:
- термический отдых. Как правило, используется для сварных соединений в системах толстостенных труб, для которых применение других режимов нагрева затруднено;
- высокий отпуск. Такой обработке подвергаются сварные швы из сталей перлитного класса. Высокий отпуск позволяет снизить на 70–90 % остаточные напряжения, повысить пластичность и вязкость металла;
- нормализация. Нагрев снижает уровень остаточных напряжений, приводит к образованию однородной мелкозернистой структуры. Нормализации чаще всего подвергаются соединения в системах тонкостенных труб малого диаметра из стали перлитного класса, особенно если они выполнены методом газовой сварки;
- аустенизация и стабилизирующий отжиг. Оба этих вида термической обработки применяются для улучшения качества сварных соединений труб из высоколегированных марок аустенитного класса.
Высокочастотная индукционная сварка
Когда индукция возникает с использованием тока Высоких Частот (ВЧ) возможно производить даже сварку. В этом применении используется настолько небольшая электрическая опорная глубина насколько это возможно при использовании высоких частот. В данном случае полоса металла формируется постоянно и затем проходит через точно рассчитанные валки, целью которых является прижать края проходимых лент металла вместе для начала сварки. Прямо перед тем как пройти через валки металл проходит через индукционную катушку. В этом случае ток течет вдоль геометрической V образованной краями ленты вместо выхода наружу формируемого канала. По мере того как ток течет вдоль краев ленты они нагреваются до подходящей для сварки температуры (чуть ниже температуры плавления материала). Когда края сдавлены вместе, все осколки, оксиды и другие загрязнения выдавливаются наружу и получается твердый кованный шов.
мтомд.инфо
Индукционная сварка металлов
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.
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.
Рисунок 1 — Индукционная сварка труб вращающимся трансформатором
1 — сварочный трансформатор (вращающийся трансформатор); 2 — охлаждение; 3 — изоляция; 4 — роликовые электроды; 5 — сварочный шов; 6 — боковые нажимные ролики; 7 — стол; 8 — труба с пазом; 9 — сваренная часть трубы
На рисунке 2 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.
Рисунок 2 — Индукционная 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
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.
Рисунок 3 — Индукционная сварка труб 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 одинаковой 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.
Рисунок 4 — Индукционная стыковая сварка 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 индукционной сварки с индукционным подводом следующие:
- быстрый нагрев;
- продолжительный срок службы индуктора;
- отсутствие на свариваемых деталях под индуктором рисок, царапин и др.
К недостаткам индукционной сварки 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.
Рисунок 5 — Индукционная сварка труб 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 индукционной сварки связано главным образом с трубным производством, где этот процесс во многих случаях заменяет контактную и дуговую сварки. Индукционной 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 индукционная сварка при производстве прямошовных труб большого (450… 1220 мм) диаметра с толщиной стенки до 16 мм из листов длиной 12 м.
Индукционная сварка получила распространение для изготовления биметаллических полос толщиной до 14 мм и металлических оболочек электрических кабелей.
Вместе с этим индукционная сварка находит достаточно широкое применение для соединения пластмасс и текстильных материалов.
Индукционная сварка металлов, принцип работы технологии и основные положения для работы
Индукционная сварка: что это такое, виды сварки
В последнее время очень популярным способом изготовления электросварных труб, является сварка высокочастотными токами, диапазон которых варьируется от 70 до 450 кГц. Высокочастотная сварка применяется в основном при изготовлении труб, диаметром от 8 мм до 529 мм и толщиной металла от 0. 3 мм до 10 мм.
Что такое сварка токами высокой частоты, и чем она отличается от обычной ММА сварки электродами? Какие способы сварки существуют, читайте в этой статье.
Что такое индукционная сварка
Индукционная сварка металлов представляет собой метод термической обработки металлических заготовок под давлением. Для нагревания свариваемых деталей применяется электромагнитная индукция. Индукционная катушка, размещенная в сварочном аппарате, возбуждается с помощью электротока высокой частоты. За счет катушки происходит генерация высокочастотного электромагнитного поля, воздействующего на ферромагнитный или токопроводящий материал.
Нагревание в заготовках из ферромагнитного материала получается, в основном, под воздействием гистерезиса. В заготовках из токопроводящего материала главный тип нагревания – резистивный, который вызывается вихревыми токами.
Немагнитные или электроизоляционные материалы, к примеру, пластик, могут подвергаться индукционной сварке с помощью размещения в них ферромагнитных или металлических смесей. Они называются приемники индукционных токов, поскольку их цель – забрать индукционную энергию у катушки. Приемники после нагрева и за счет теплопроводности переносят тепло материалу, который их окружает.
Индукционная сварка – это процесс работы, являющийся высокоавтоматизированным. Осуществляется он очень быстро. Это объясняется тем, что к участку сварки возможна передача огромного количества энергии, за счет чего происходит плавление соединяемых поверхностей за очень короткое время. В результате поверхности быстро прижимаются друг к другу, и получается непрерывный сварной шов.
Глубина проникновения индуцированных токов зависит от многих причин, в том числе, от температуры и химического состава металла.
Справочник сварщика
Суть такой сварки заключается в том, что металлические детали нагреваются, при пропускании через них электрического тока высокой частоты, в результате чего они сдавливаются. Вводить в металл токи высокой частоты очень удобно вот в такой, индукционный бесконтактный способ. Помимо всего прочего, ими очень удобно пользоваться для того, чтобы сконцентрировать в зоне нагрева большое количество теплоты, а также поверхностный эффект близости индуктивного сопротивления. Таким образом, как правило, такими токами пользуются посредством их выработки ламповыми или машинными генераторами. Наиболее подходящими деталями для работы с таким типом сварки, является сварка труб и трубопроводов.
На рисунке ниже, показано устройство работы трубосварочного станка, в который подводятся специальные сварочные контакты, наделенные индукционными токами. Так, в станок помещают деталь – круглую трубу, которая зажимается между ведущими роликами, а также обжимается специальными обжимными роликами. При этом устанавливается зазор заготовки до контакта сварки, и он должен быть четко отрегулированным. Для того чтобы отрегулировать этот зазор, необходимо чтобы кромки располагались под острым углом, и сходились в точке контакта со сваркой. Одновременно с этим, подводиться ток от высокочастотного генерирующего устройства, и подключается оно к неподвижным контактам. Таким образом, в точке соприкосновения кромок будет возникать наибольшее значение плотности тока, соответственно, это будет и точка наивысшей температуры, поэтому и начинается процесс сварки под воздействием обжимных роликов.
1 — изделие; 2 — сердечник (из феррита); 3 — контакты сварочника; 4 — обжимные ролики.
1 — изделие; 2 — рабочий индуктор; 3 — сердечник; 4 — ролики для обжима
Для того, чтобы уменьшить шунтирование сварочного тока, внутрь трубы или заготовки вводиться специальный ферритный сердечник, из-за чего начинается процесс увеличения частоты токов и индуктивного сопротивления шунтируемых путей. Кроме того, утечка токов между контактами, вместе с вводом ферритного сердечника, существенно уменьшается.
Также, в индукционной сварке может применяться схема с подключением сварочного тока к заготовке, посредством индукционного способа (на рисунке справа). В этом случае, к индуктору подводят электрический ток, который индуцируется, непосредственно, к заготовке. Такой способ является несколько упрощенным, соответственно, и более дешевым. Коротко о характеристиках работы с заготовками:
— допустимые диаметры изделий: от 12-60 мм, до 325-425 мм;
— толщина стенок от 2-8 мм;
— рабочая мощность установки 160 кВт;
— скорость сварки 30-50 м/мин.
Кроме всего прочего, возможно также и индукционная сварка немагнитных материалов (например, латунь).
Область применения
Чаще всего высокоточная сварка применяется в трубной промышленности. Она идеально подходит для производства труб из разных металлов: медных, алюминиевых, стальных. Также соединяются поверхности других полых профилей. Чтобы придать необходимую форму плоским металлическим полосам, применяются специальные ролики, служащие для направления заготовки, которая перемещается через индуктор.
Причем индукционные токи двигаются к текущей точке контакта, проходя через оба края будущего изделия.
Данная технология также используется при производстве ребристых труб, которые используются для изготовления теплообменников. В этом случае, применяется способ высокоскоростного последовательного приваривания к трубе из высокоуглеродистой стали цельной спиралевидной заготовки оребрения.
Сварка токами высокой частоты
Этот метод производства имеет много преимуществ перед другими сварными процессами. К ним можно отнести следующее:
- высокую скорость сварки до 155 метров шва за минуту;
- применение разных марок легированной стали;
- использование при производстве изделий цветных и редких металлов, а так же всевозможных сплавов;
- возможность подавать в качестве материалов различные виды пластмасс и синтетических тканей;
- меньший расход энергии на определённый объем готовых изделий, по сравнению с другими методами;
- использование одного и того же сварочного оборудования для производства труб из разных материалов.
Далее более подробно рассмотрим сам процесс. Заготовка изделия, в виде скрученного листа материала, поступает в сварочный аппарат с помощью двух валиков, которые сжимают ее. В результате этого в месте будущего шва образуется V — образная щель между краями.
В эту щель поступает ток высокой частоты и стремится к вершине угла схождения краёв детали. Из-за этого кромки детали нагреваются до нужной температуры плавления, после чего вышеупомянутые валики сжимают их. В результате сдавливания расплавленных краёв детали образуется герметичное соединение на молекулярном уровне.
Существует несколько способов использования токов высокой частоты. Рассмотрим каждый из них более подробно.
Плюсы и минусы
По сравнению с иными способами соединения металлов, индукционная сварка значительно производительнее – в 2 раза. К преимуществам относится:
- экономия электроэнергии, т. к. не требуется предварительный нагрев заготовки;
- пониженная длительность циклов нагрева (уменьшение потребления электроэнергии);
- высокая точность участка нагрева, поскольку уменьшается число зон нагрева;
- отсутствие соприкосновения индуктора с деталью, за счет чего снижаются затраты на техническое обслуживание аппарата;
- уменьшение трудоемкости по очистке готового изделия;
- сокращение длительности производственного цикла;
- комфортные условия при выполнении работ и понижение риска получения травм;
- высокое качество сварочных швов.
К недостаткам можно отнести трудность в поддержании равномерного зазора между заготовкой и индуктором, сложность сосредоточения нагрева на участке сварки. Также минусом является высокое потребление энергии.
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.
Свариваемые кромки необходимо обработать до металлического блеска (допускается прокатная окалина), но на них не допускаются заметные неровности.
1 — сварочный трансформатор (вращающийся трансформатор); 2 — охлаждение; 3 — изоляция; 4 — роликовые электроды; 5 — сварочный шов; 6 — боковые нажимные ролики; 7 — стол; 8 — труба с пазом; 9 — сваренная часть трубы
На рисунке 2 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.
1 — несваренная часть трубы; 2 — токопроводящая шина; 3 — охлаждающий канал; 4 — магнитное ярмо; 5 — пара нажимных роликов; 6 — индукционный генератор; 7 — сваренная часть трубы
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.
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 одинаковой или различной мощности можно проводить предварительный и окончательный нагрев, а также сварку труб с большой толщиной стенок.
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.
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 индукционной сварки связано главным образом с трубным производством, где этот процесс во многих случаях заменяет контактную и дуговую сварки. Индукционной 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 индукционная сварка при производстве прямошовных труб большого (450… 1220 мм) диаметра с толщиной стенки до 16 мм из листов длиной 12 м.
Технология выполнения индукционной сварки
Так как изделия из прочных металлов обладают высоким уровнем индуктивного сопротивления, то высокочастотный ток не распространяется по периметру, в результате чего, трубы подвергаются сжиманию и свариваются. Соединение заготовок производится при размещении их в индуктор. В тот момент, когда свариваемые детали помещаются в индуктор, на участках соединения осуществляется индукция вихревых токов, которые имеют противоположное направление относительного тока, размещенного в индукторе.
Проходящим токам на пути попадается щель соединения, и они движутся по направлению к ней. Концентрация тока сосредоточена, главным образом, на свариваемых частях поверхности, и металл быстро нагревается до требуемой температуры, которая является оптимальной для сварки.
Оборудование и материалы
Любое оборудование для выполнения индукционной сварки, независимо от назначения, состоит из таких элементов:
- индуктор (токопровод);
- источник питания ТВЧ;
- сварочная головка с трансформатором высокой частоты и конденсаторной батареей;
- технологическая оснастка, чтобы фиксировать заготовки;
- устройство для создания давления.
Индукционная сварка применяется для обеспечения максимальной точности и чистоты свариваемых заготовок, необходимых для производственных, монтажных, ремонтных работ. Использование данного оборудования позволяет в кратчайшие сроки осуществить работы. Модели сварочных аппаратов производятся различными по мощности, конструктивным особенностям, частоте тока, цене, рабочему напряжению и другим критериям.
Контактный способ
Самым распространённым способом изготовления электросварных труб, является вариант с использованием контактного токопровода, ввиду сконцентрированного выделения теплоты в зоне сварки. Использование этой схемы позволяет более экономно расходовать энергию и увеличить перечень свариваемых изделий.
Но так же есть и свои недостатки. К ним можно отнести недолговечность контактного элемента и его малую износостойкость, которая зависит от ряда причин таких как:
- материал контакта;
- способ его охлаждения;
- степень прижима и сила тока.
Сюда же следует отнести сварку вращающимся контактным трансформатором.
Как сделать такой аппарат для контактной сварки, можно узнать на сайте . Сам аппарат состоит из:
Индукционная сварка с давлением
Индукционная сварка с давлением – это разновидность сварки давлением, в котором для нагрева заготовки используется электромагнитная индукция. Такой способ нагрева был открыт еще в 1831 году Фарадеем. Индукционный нагрев заключается в бесконтактном нагреве током высокой частоты материала, способного проводить ток. Индукционная сварка с давлением представляет собой сварочный аппарат, имеющий индукционные катушки, которые питаются от радиочастотного электрического тока. Ток, в свою очередь, создает высокочастотное электромагнитное поле, воздействующее на ферримагнитные заготовки. В заготовке проходят вихревые токи, способствующие нагреву металла. Такой нагрев обусловлен гистерезисом. В заготовке электромагнитное поле множество раз производит искажения магнитных доменов. Глубина проникновения токов в заготовку зависит от температуры свариваемых металлов. Индукционная сварка с давлением выполняется автоматизированным способом и хорошо подходит для сваривания труб.
Индукционная сварка с давлением включает в себя сильный нагрев металла током высокой частоты, а затем сдавливание заготовки или заготовок. Время такой сварки длится всего насколько секунд, так как метод нагрева металла не связан с его теплопроводностью и толщиной. Расход энергии очень экономичный, так как тепло выделяется только на соединяемых поверхностях. Индукционная сварка с давлением находит свое применение для роликовой сварки, а именно, для соединения трубного шва. Если в процессе сварки применять защитную среду при нагреве, то можно выполнить соединение металлов и сплавов встык. Благодаря отсутствию контакта индукционного нагрева и металла, трубы могут изготавливаться из горячекатаной неочищенной ленты, т.е. нет необходимости очистки от окалины и специальной обработке торцов кромки.
Стальная труба имеет высокое индуктивное сопротивление, это позволяет току высокой частоты не растекаться по всему ее периметру. Диаметр свариваемой трубы может быть от 10 мм. до 100 мм., с толщиной 0,5 -15мм., из низкоуглеродистой стали, высокоуглеродистой, нержавеющей, кислостойкой. Индукционная сварка с давлением качественно соединяет стыковые операции, при этом используют охватывающий индуктор.
Россия
Беларусь
Молдова
Применение линейного индуктора возможно для непрерывной шовной сварки труб, но длина при этом ограничена, она должна соответствовать размеру индуктора. После такой сварки остаются излишки металла снаружи и внутри. Наружный грат с помощью резца можно легко устранить и это никак не повлияет на качество трубы. Внутренний грат тяжело устранить и зачастую он остается в трубе. Это немного влияет на оценку качества изделия.
Индукционная сварка с давлением имеет большую распространенность благодаря быстроте процесса сварки, а также гибкости исполнения работы и возможности регулировки в больших диапазонах применения. Преимущества такой сварки:
Индукционная сварка металлов включает в себя способ термической обработки металла, при котором заготовка нагревается путем электромагнитной индукции, в результате чего сдавливается. Для этого используют токи высокой частоты от десятков Гц до сотен кГц, они наиболее удобны для введения в металл. В практике всегда пользуются таким током от машинных или ламповых генераторов. Такая сварка длится всего несколько секунд по той причине, что процесс нагрева не связан ни с толщиной материала, ни с его теплопроводностью. Более экономичный расход происходит за счет того, что тепло выделяется на соединяемых поверхностях.
Частое применение такой сварки приходится в производстве стальных труб. Поскольку стальная труба имеет высокое индуктивное сопротивление, ток высокой частоты не растекается по периметру, трубы обжимаются и свариваются. Индукционная сварка металлов, а именно труб, выполняется при помещении деталей в индуктор.
Когда свариваемые части проходят индуктор, в месте соединения индуктируются вихревые токи, имеющие противоположное направление току в индукторе. На своем пути токи встречают щель соединения и направляются к ней. Концентрация тока приходится в основном на свариваемых участках поверхности, наступает быстрый нагрев металла до необходимой температуры сварки.
Оборудование для такой сварки имеют разные оттенки своего применения, но принцип их работы основывается на подаче тока на металл, с целью ее нагрева и сварке или пайке в нужном месте, делая это достаточно быстро и надежно. Популярным на практике индукционное оборудование «Termomaccin» в трубном производстве. Оно предназначено для отжига ребристых гладких труб из углеродистой, нержавеющей стали и их сварки, а также горячей формовки торцов, отжига трубочек для холодильных установок, торцов труб после гидроформовки.
Индукционная сварка металлов включает в себя основную схему работы:
- края свариваемых кромок необходимо зачистить до блеска, хотя допускается окалина;
- чтобы повысить эффект нагрева, в трубную заготовку вводят ферритовый магнитный сердечник;
- подается ток, возможен до сотни кГц, для сильного нагрева металла.
Толщина свариваемой трубы 0,5-15 мм, для высокоуглеродистой и низкоуглеродистой стали, применяется также для нержавеющих и кислостойких сплавов, медных труб, деталей из бронзы, латуни и сплавов алюминия. Необходимо учитывать, что с увеличением диаметра трубы, значительно снижается эффективность охватывающих индукторов. Эффект применения внутренних индукторов — это возможность уменьшить потери в теле трубной заготовки. Индукционный метод сварки замечательно находит замену в промышленном производстве дуговой сварке и контактной. Применяется она в машиностроении, строительных конструкциях, нефтедобыче, газовой промышленности.
Установка индукционной сварки труб
Индукционная сварка (высокочастотная)
Под индукционной сваркой понимают способы сварки давлением и плавлением, при которых для нагрева металла используют токи высокой частоты. Металл нагревается либо пропусканием через него токов высокой частоты, либо с помощью индуктора (безконтактным способом), после чего сдавливается (рис. 5.18). Применяется для сварки продольных швов труб в процессе их изготовления, наплавке твердых сплавов на стальные основания (резцы, буровые долота).
Рис. 5.19 Схема продольной стыковой сварки:
1 – труба; 2 – индуктор; 3 – сердечник; 4 – обжимные ролики.
Контактная сварка
Контактной называют сварку с применением давления, при которой нагрев проводится теплом, выделяемым при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые заготовки.
В месте соприкосновения ток испытывает большое сопротивление, от чего выделяется значительное количество теплоты, нагревающий металл настолько, что он приходит в пластическое состояние или оплавляется. При этом свариваемые части заготовок сильно прижимают одну к другой. Контактную сварку подразделяют на стыковую, точечную, шовную, рельефную и др.
При стыковой контактной сварке (рис. 5.20) соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов. Заготовки сжимают усилием Р и включают ток. Контактирующие поверхности разогреваются, подвижность атомов возрастает, и за счет приложенного усилия происходит соединение.
Рис. 5.20. Схема стыковой сварки:
1 – детали; 2 — зажимные губки; 3 — место стыка; Р-усилие сжатия.
Преимущество:быстрота и высокая производительность, ток и теплопрактически сосредоточены в месте соединения.
Применяется для сварки труб, рельс, цепей, и т.п.
Метод точечной сварки (рис. 5.21) состоит в нагреве свариваемых деталей при прохождении тока от одного электрода через детали к другому. Происходит быстрый нагрев и расплавление металла в зоне соединения с образованием «ядра» сварочной точки, имеющей чичевицеобразную форму размером 2-12 мм. Давление (в пределах от 2 до 10 кг/мм), приложенное к электродам на 0,01-0,5 сек. уплотняет металл в сварочной точке и обеспечивает прочное соединение. Толщина свариваемых заготовок 0,2-8 мм. Электродов при данной сварке может быть до 50 пар.
Применяют:при изготовлении из тонколистового проката кабин, кузовов, деталей обшивки и др. изделий в с/х машино строении.
Рис. 5.21. Схема точечной сварки:
1, 7 — хоботы; 2, 6 — электрододержатели; 3 — верхний электрод;
4 — свариваемые листы; 5- нижний электрод; 8 — трансформатор.
Рельефная сварка – родственная точечной. При ней детали зажимают между плоскими электродами (контактными плитами).
Признаками шовной (роликовой) сварки (рис. 5.22) является наличие хотя бы одного электрода в виде ролика, катящегося по шву.
Роликовая сварка – разновидностью точечной, при которой точки «ядра» перекрывают одну другую и создают сплошной шов. Свариваемые детали соединяют в нахлёстку и помещают между двумя вращающимися медными роликами (электродами). Толщина свариваемых листов в среднем 0,3-3мм.
Сила тока 2000-5000А. Усилие сжатия достигает 0,6 тонн. Скорость сварки — 0,5-3,5м/мин. Применяется: в массовом и серийном производстве (топливные баки, молочные фляги и др.).
Рис. 5.22. Схема шовной сварки:
1 — свариваемые листы; 2 — роликовые электроды; 3- трансформатор.
Похожие статьи:
Индукционная сварка — Слесарное дело
Индукционная сварка – это технология сварки металлических деталей путём нагрева свариваемых поверхностей под действием индуцированного тока. Говоря иначе, это вид сварки, при котором для нагрева свариваемых заготовок используется электромагнитная индукция.
В индукционном сварочном аппарате имеется индукционная катушка, которая возбуждается электрическим током высокой частоты. Она генерирует высокочастотное электромагнитное поле, которое воздействует на заготовку либо из токопроводящего, либо из ферромагнитного материала. В заготовке из токопроводящего материала основным видом нагрева является резистивный нагрев, вызванный индуцированными (вихревыми) токами.
В заготовке из ферромагнитного материала нагрев происходит главным образом под действием гистерезиса, так как электромагнитное поле циклически перемагничивает области спонтанной однонаправленной намагниченности (так называемые «домены») ферромагнитного материала. На практике большинство материалов подвергаются комбинированному воздействию и резистивного нагрева, и гистерезиса.
Немагнитные и электроизоляционные материалы, такие как пластмассы, могут быть подвергнуты индукционной сварке путём имплантации внутрь них металлических или ферромагнитных смесей, так называемых приемников индукционных токов, которые отбирают электромагнитную энергию у индукционной катушки, нагреваются и вследствие теплопроводности отдают своё тепло окружающему их материалу.
Индукционная сварка является высокоавтоматизированным процессом, который используется для выполнения длинных однопроходных сварных швов (как правило, для сварки продольного трубного шва). Процесс индукционной сварки может осуществляться очень быстро, так как к месту сварки можно передавать большое количество энергии, благодаря чему обеспечиваются очень быстрое плавление сопрягаемых при сварке поверхностей и возможность их прижима друг к другу для получения непрерывного сварного шва.
Глубина, на которую индуцированные токи, а, следовательно, и тепло, проникают внутрь материала, обратно пропорциональна квадратному корню из частоты токов. На глубину проникновения индуцированных токов также влияют температура и химический состав свариваемых металлов. Индукционная сварка имеет большое сходство с контактной сваркой, однако при контактной сварке электрический ток появляется в заготовке в результате контакта между ней и сварочными электродами, а не за счёт электромагнитной индукции.
Обновлено (17.06.2015 15:33)
Преимущества индукционного нагрева
Технология индукционного нагрева обладает рядом преимуществ.
- Индукционное оборудование позволяет быстро разогревать и плавить любые металлические детали. Термическая обработка заготовок при этом может проводиться в десятки раз быстрее, чем при применении газовых горелок. Индукционный агрегат позволяет получить нужную температуру детали буквально за несколько секунд.
- Нагрев можно проводить в различной среде. К примеру, индукционный агрегат вместе с заготовкой могут помещаться в атмосферу защитного газа, окислительную или восстановительную среду, жидкость и даже вакуум. Стандартные устройства газового разогрева не могут использоваться в подобных условиях.
- Процесс индукционного нагрева происходит исключительно за счет тепловой энергии, которая выделяется при прохождении вихревых токов через заготовку. Поэтому поверхность детали не загрязняется продуктами горения факела (как при газопламенном нагреве) или веществом электрода (как при дуговой сварке).
- Агрегаты индукционного нагрева можно использовать в любых условиях, даже в плохо проветриваемых и закрытых помещениях. Это обусловлено тем, что в процессе работы такое оборудование не загрязняет окружающий воздух продуктами сгорания.
- Индукторы можно использовать для местного и избирательного нагрева заготовок, при котором нужно повысить температуру не всей детали, а отдельных ее частей.
Индукционный нагрев: использование индукторов при сварке
При выполнении ремонтных, монтажных и производственных работ, когда необходимо обеспечить максимальную точность и чистоту сварки, используются индукторы. Эти устройства необходимы для индукционного нагрева металлических заготовок. Применение такого оборудования позволяет буквально за несколько секунд нагреть детали до нужной температуры, при которой металл становится мягким и легко поддается сварке. Чтобы приобрести индукторы по доступной цене, обратитесь в ООО «ТСК». В продаже имеется большой выбор оборудования для индукционного нагрева металлических заготовок. Модели отличаются по мощности, рабочему напряжению и частоте тока, стоимости, конструктивным особенностям и другим критериям. Вы легко подберете устройство для индукционного нагрева, которое отвечает конкретным требованиям и устраивает по цене.
пер.Каштановый 8/14 51100 пгт.Магдалиновка
Индукционная сварка металлов, принцип работы технологии и основные положения для работы
Читайте также: