Материал: Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

от охватывающего, в котором ширина зоны протекания тока по трубной заготовке одинакова по всему ее периметру.

Чем больше диаметр трубы по отношению к диаметру ка­ тушки индуктора, тем быстрее спадает настил тока в теле труб­ ной заготовки. Эффективность системы подвода тока количест­ венно оценивают при помощи коэффициента использования энергии, численно равного отношению мощности, поступающей в кромки, к мощности потерь в теле трубной заготовки.

Ниже приведены значения коэффициентов использования энергии для охватывающих и внутренних индукторов в зависи-

Как видно, коэффициент использования эн ер г и и у внутрен- них индукторов существенно выше, чем у охватывающих, и эта разница растет с увеличением диаметра труб.

Удельный расход энергии при использовании внутренних ин­ дукторов существенно ниже, чем при охватывающих. Примене­ ние совмещенной системы (внутренний индуктор совместно с ох­ ватывающим) приводит к снижению расхода энергии еще на 15—20 %. В табл. 18.5 приведены значения Аф при сварке пря­

Из данных табл. 18.5 следует, что при сварке стальных труб диаметром до 200 мм для частоты тока 440 кГц предпочти­ тельно применение охватывающих индукторов. При дальнейшем увеличении диаметра энергетические затраты выравниваются и решающее влияние на выбор системы токоподвода оказывает высокая эксплуатационная надежность индукционного токопод­ вода на средних частотах тока и высокое качество сварного со­ единения.

18.4. Одновременная стыковая сварка

Стыковая сварка основана на нагреве свариваемых стыков за счет принудительной концентрации тока. Свариваемые трубы по­ мещаются внутри цилиндрического индуктора так, чтобы стык находился под серединой индуктора (рис. 18.2). При пропуска­ нии 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 свароч­ ной температуры к ним прикладывается сварочное давление и происходит осадка. Процесс создания сварного соединения про­ исходит без оплавления металла.

Для защиты металла от окисления применяется защитная (обычно восстановительная) среда. Характерной особенностью процесса является отсутствие грата внутри трубы. Варьируя шириной зоны нагрева, можно управлять формой шва, включая и возможность яолного предотвращения деформации металла внутри трубы. Отсутствие внутреннего грата является важным преимуществом в трубопроводах котельных агрегатов. Поэтому высокочастотная стыковая сварка нашла применение в котель­ ной промышленности.

сложного взаимодействия ряда факторов, связанных с поверх­ ностными явлениями на границе расплавленного металла и ок­ ружающей среды, электродинамическим взаимодействием жид­ кого металла и электромагнитного поля индуктора.

При нагреве в высокочастотном поле на металл сваривае­ мых кромок воздействуют электродинамические силы, завися­ щие от напряженности магнитного поля, частоты тока, электро­ физических параметров металла и конфигурации индуктирую­ щего поля. Как правило, электродинамические силы стремятся выбросить расплавленный металл из зоны сварного шва, и чем интенсивней режим сварки, тем больше влияние этих сил. Раз­ брызгиванию металла препятствуют, главным образом, силы по­ верхностного натяжения, зависящие от толщины кромок, свойств металла и окружающей среды. На расплавленный ме­ талл воздействуют также гравитационные силы. Необходимым условием для сохранения расплавленного металла в зоне шва является равновесие всех сил, действующих на металл. При этом на кромках удерживается определенный слой расплавлен­ ного металла, высота которого в значительной степени характе­ ризует качество сварного соединения.

Одним из эффективных способов увеличения высоты рас­ плавленной ванны металла на кромках является управление си­ лами электромагнитного поля за счет выбора оптимальной кон­ фигурации индуктирующего провода. Влияние конфигурации индуктирующего провода на высоту сварочной ванны показано на рис. 18.4.

При обычной конфигурации поперечного сечения индуктора (рис. 18.5, а) максимальное значение напряженности магнит­ ного поля имеет место на оси шва и электродинамические силы поля стараются выбросить расплавленный металл. Высота сва­ рочной ванны минимальна. В случае, если индуктирующий про­ водник выполнен в виде двух ветвей (рис. 18.5,6), магнитное поле на оси сварного шва ослаблено, что частично ориентирует электродинамические силы по направлению оси шва и приво­ дит к соответствующему увеличению высоты сварного шва.

На качество сварного соединения, помимо упомянутых фак­ торов, также влияют газовая среда и степень подготовки кро­ мок. Ниже приведены технические характеристики способа вы­

Рис. 18.4. Влияние конфигурации индуктора на магнитное поле н вы­ соту сварочной ванны:

По сравнению с дуговой или газовой видами сварки, обычно применяющимися при соединении деталей по отбортованным кромкам, для высокочастотной сварки характерно:

—значительно более высокая производительность труда;

—отсутствие расхода дорогостоящих электродных и при­ садочных материалов;

—снижение требований к подготовке кромок под сварку;

—уменьшение или полное устранение вредного влияния сварочного тепла на детали с малой температурной стойкостью

(в ряде случаев, например, при сварке изоляторов, конденса­ торов, при этом резко снижается брак);

— механизация и автоматизация производства.

Применение высокочастотной сварки плавлением по отбор­ тованным кромкам ограничено максимальным значением пери­ метра свариваемых кромок 500—600 мм. Дальнейшее увеличе­ ние периметра связано с трудностью обеспечения устойчивости ванны расплавленного металла и других факторов.

Если после оплавления кромок с помощью металлических или керамических зажимов приложить к ним давление, то мак­ симальная величина периметра существенно увеличится и до­ стигнет 2,0—3,0 м. При этом продолжительность процесса со-