Меню

Индукционный подвод тока это

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Индукционный подвод — ток

Индукционный подвод тока ( рис. 10 — 1) используется как на средних, так и на высоких частотах. [2]

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, в) индукторы. [4]

При индукционном подводе тока , осуществляемом двух — или трех-витковым индуктором, переменный ток высокой частоты, проходящий по индуктору, создает магнитный поток, который индуцирует в металле трубной заготовки ток. Путь его прохождения по трубе будет таким же, как и при контактном подводе тока, но по периметру трубной заготовки может пойти ток большей силы, так как индуктор охватывает трубу кругом. Для того чтобы уменьшить долю электрического тока, проходящего по периметру трубы, внутрь трубы в месте установки индуктора вводят ферритовый сердечник. Индуктивное сопротивление поперечного сечения заготовки при этом увеличивается, и ток идет в основном вдоль кромок трубы, нагревая их до сварочной температуры. Кромки свариваемой заготовки трубы разогревают до сварочной температуры с оплавлением металла в точке схождения кромок. После нагрева кромки сдавливают сжимающими валками в точке их схождения. [5]

Наименьший расход электроэнергии при индукционном подводе тока с помощью охватывающего индуктора наблюдается при сварке труб диаметром 35 — 45 мм. 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 — 15 мм. [6]

В процессе наладки стана был опробован индукционный подвод тока охватывающим индуктором и внутренним с наружным магни-топроводом. При этом подтвердились отмеченные выше для этих типов индукторов достоинства и недостатки. Рассмотренный агрегат работает с 1965 г. до настоящего времени и его производительность доведена до 700 тыс. т труб в год. [8]

На всех установках частотой 10 кГц применяется индукционный подвод тока охватывающим или внутренним индукторами. [9]

Несмотря на то что высокочастотная сварка с индукционным подводом тока применяется давно, работ, посвященных созданию методики расчета параметров индуктора, относительно мало. [11]

Как при контактном, так и при индукционном подводе тока заготовка формуется в трубу в валковых станах, после чего кромки сближаются с помощью обжимных роликов. [13]

При производстве толстостенных стальных труб целесообразно применять систему индукционного подвода тока индуктором, размещаемым внутри свариваемой заготовки, с питанием от преобразователей частотой 8 — 10 кГц, так как высокочастотные сварочные устройства, работающие на частоте 440 кГц, не отвечают современному уровню производительности. [15]

Источник

Характеристика и принципы работы высокочастотной сварки. Государственные стандарты, достоинства, применение

Основы

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.

  • электромагнитной индукции;
  • полного тока.
  • 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.

Читайте также:  Номинальный ток силового щита

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.

Источник

Индукционная сварка металлов, принцип работы технологии и основные положения для работы

Применение такого оборудования позволяет буквально за несколько секунд нагреть детали до нужной температуры, при которой металл становится мягким и легко поддается сварке. 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.

Устройство индуктора

Техника для индукционного нагрева металлов имеет сборную конструкцию. Она состоит из двух основных узлов – самого индуктора, а также генерирующей установки, которая вырабатывает высокочастотные импульсы тока.

Индуктор представляет собой обыкновенную катушку индуктивности, состоящую из нескольких витков медного проводника. Для производства этих компонентов используется только бескислородная медь, в которой содержание посторонних примесей не должно превышать 0,1 %. Данное устройство может иметь различный диаметр (от 16 до 250 мм в зависимости от модели). Количество витков варьируется в пределах от 1 до 4.

Генератор, вырабатывающий импульсные токи для катушки индукционного нагрева, имеет достаточно внушительные габариты и массу. Он может быть выполнен по любой схеме генерации высокочастотных импульсов. К примеру, в современной промышленности часто используются генерирующие агрегаты, построенные на базе мультивибраторов, RC-генераторов, релаксационных контуров и т. д.

Читайте также:  Виток радиусом магнитный момент витка с током

Если оборудование используется преимущественно для нагрева мелких деталей, частота вырабатываемых импульсов должна составлять не менее 5 МГц. Эти агрегаты разрабатываются на основе электронных ламп. Если же техника применяется для нагрева крупных металлических заготовок, целесообразно использовать индукционные установки с рабочей частотой до 300 кГц, построенные на базе инверторов на IGBT-схемах или MOSFET-транзисторах.

Изготовление труб на трубоэлектросварочном агрегате

Принципиальная схема агрегата для высокочастотной сварки прямошовных труб приведена на рис. 1. Лента в рулонах поворотным краном подается на конвейер 1 и разматыватель 2, затем правится в валково машине 3 и после обрезки концов с помощью ножниц 4 сваривается в непрерывную ленту на стыкосварочной машине 5

Оразовавшийся при сварке грат удаляется гратоснимателем Петлеобразователь 6 предназначен для создания запаса ленты перед формовочным станом и обеспечения непрерывного процесса производства труб во время обрезки и сварки концов ленты и снятия грата. Приводными тянущими роликами лента подается к формовочному стану 7. В некоторых случаях перед формовкой кромки ленты обрезаются на дисковых ножницах.

Формовочный стан состоит из горизонтальных и вертикальных клетей. Сформованная трубная заготовка поступает в сварочную машину 8, где производится нагрев кромок и формирование сварного соединения. Наружный грат снимается гратоснимателем резцового типа. Сваренные трубы охлаждаются до температуры 50—60° С в холодильнике 9 водовоздушной смесью, которая подается на поверхность труб через систему сопел. Окончательная калибровка трубы по диаметру осуществляется на стане 10, каждая клеть которого состоит из пары горизонтальных и пары вертикальных валков: горизонтальные — приводные, вертикальные — неприводные.

Продольная кривизна труб устраняется в правильной клети, имеющей две последовательно расположенные четырехвалковые обоймы. В дальнейшем труба поступает или в редукционный стан 12, пройдя нагрев в индукционной печи 11 и резку на летучей пиле 13, или на трубоотрезной станок, а затем на участок отделки 14, 15. При локальной нормализации шва индукционный нагреватель размещается непосредственно после гратоснимателя.

Принцип работы индукторов

Устройства для индукционного нагрева металлов работают по простому принципу, базирующемуся на явлении электромагнитной индукции. Когда через катушку проходит переменный ток высокой частоты, вокруг и внутри нее образуется мощное магнитное поле. Оно вызывает появление вихревых токов внутри обрабатываемой металлической заготовки.

Поскольку деталь, как правило, имеет крайне малое электрическое сопротивление, она быстро нагревается под воздействием вихревых токов. В итоге ее температура увеличивается до такой степени, что металл становится более мягким и начинает плавиться. Именно в этот момент выполняется сваривание концов обрабатываемых заготовок.

Индукционная сварка, индукционная сварка металла

Основные разновидности индукторов

В современной промышленности получили широкое распространение три типа агрегатов для индукционного нагрева металлических деталей:

  • трубчатые. Внешне такие устройства напоминают бытовые кипятильники. Индукторы состоят из 2, 3 или 4 витков медного проводника, поверхность которого обработана специальным защитным покрытием. Эти агрегаты применяются для индукционного нагрева небольших деталей. Внутренние диаметры рабочих элементов, как правило, варьируются в диапазоне от 16 до 90 мм;
  • ленточные. Отличительной особенностью оборудования этого типа является увеличенный внутренний диаметр. Данный параметр может варьироваться в пределах от 28 до 250 мм. Большинство моделей ленточных индукторов состоит из 1 или 2 витков. Витки помещены в защитную ленточную оболочку;
  • сборные. Оборудование данного вида применяется для индукционного нагрева больших металлических заготовок. Внутренний диаметр рабочих элементов составляет от 70 до 610 мм. Мощность нагрева для некоторых моделей этих устройств может достигать 400 кВт;

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.

Особенности и предостережения

Поскольку индукционные нагреватели со сварочным инвертором, сделанные своими руками, не могут самостоятельно управлять температурой воды, то в первозданном виде они являются источником повышенной опасности. Поэтому устройство требует доработки, а именно — добавлением устройств контроля и автоматики. Для начала на выходе из трубы надо установить стандартную группу безопасности, включающую в себя манометр, воздухоотводчик и предохранительный клапан.

Важно. Аппарат может нормально функционировать только в системах с принудительной циркуляцией теплоносителя. При самотечной схеме элемент быстро перегреется, что грозит разрушением пластиковой трубы.

Чтобы избежать перегрева, следует снабдить нагреватель устройством аварийного отключения, управляемым от термостата. Если у вас имеются хорошие навыки в области сборки электрических схем, для управления нагревом вы можете задействовать терморегулятор с датчиком температуры воды и реле, размыкающим цепь при достижении установленной температуры теплоносителя.

Минус данной конструкции заключается в ее малой эффективности, да и надежность аппарата под вопросом. Дело в том, что в заводских котлах вода проходит через теплообменник свободно, а у нас на ее пути возникает препятствие в виде кусков катанки. Они перекрывают все сечение трубы и создают высокое гидравлическое сопротивление. Да и в случае нештатной ситуации авария чревата разрывом пластика и возможным коротким замыканием из-за потока горячей воды.

Надо сказать, что переделка сварочного инвертора в индукционный нагреватель нецелесообразна еще и потому, что тепловая мощность устройства будет ограничена максимальной электрической мощностью инвертора. Обычно имеющегося в доме аппарата хватит на обогрев комнаты площадью 25—30 м2 в лучшем случае, да и чем вы станете выполнять сварочные работы все это время? По сути, такой нагреватель использовать можно, но только в исключительных случаях как способ временного отопления.

Недостатки технологии

Метод индукционного нагрева металлических заготовок имеет и некоторые недостатки, которые обязательно нужно учесть, прежде чем приступить к работе с оборудованием.

  • Индукторы имеют достаточно сложную конструкцию. Для работы с ними, их ремонта и обслуживания нужно привлекать квалифицированных специалистов, прошедших соответствующую подготовку.
  • Для полноценной эксплуатации устройств индукционного нагрева требуется мощный источник электрической энергии. Также необходимо иметь специальный бак и насос, чтобы обеспечить качественное охлаждение агрегата.
  • Несмотря на довольно компактные размеры самого индуктора, вся установка в комплекте с генератором занимает много места и имеет большой вес. Поэтому такая техника непригодна для работы в полевых условиях. Ее целесообразно использовать для стационарной установки в помещениях. Для выездных работ лучше применять другие виды техники для нагрева металлических деталей.

Как индукционный нагрев применяется в сварке

Процесс сваривания металлических деталей при помощи устройств индукционного нагрева происходит следующим образом. Свариваемые заготовки помещаются внутрь витков индуктора, на него подается ток высокого напряжения и частоты. В этот момент возникают вихревые токи, в результате чего детали быстро нагреваются. Противоположные края свариваемых заготовок сближают по направлению друг к другу, располагая их под некоторым углом.

В момент, когда детали соприкасаются, между их кромками образуется V-образная щель. Вихревые токи, сгенерированные в заготовках, встречают на своем пути эту щель и отклоняются ближе к вершине угла схождения. В силу поверхностного эффекта электрический заряд сосредоточивается на краях свариваемых деталей, и именно в этих точках нагрев происходит более интенсивно. В конечном итоге кромки заготовок плавятся и соединяются между собой. По мере их сваривания положение деталей выравнивается до горизонтального, V-образная щель исчезает, и металлические элементы прочно привариваются друг к другу.

Вы можете приобрести оборудование для индукционной сварки в нашей компании. Чтобы сделать заказ, обсудить условия доставки и оплаты товара, позвоните по телефону, который указан на сайте.

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.

Читайте также:  Тока ты мне не враг

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.

Источник



Способы передачи энергии к свариваемым кромкам

Известны два способа передачи энергии к свариваемым кромкам: контактный и индукционный. Каждый способ имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации сварочных устройств.

Контактный способ. При этом способе (рис.1.13, а) на расстоянии 30-200 мм от места схождения свариваемых кромок на них накладываются контакты, которые при движении трубной заготовки скользят по ее поверхности. Контакты могут касаться кромок сверху или снизу. В случаях, когда требования к равномерности нагрева кромок по высоте особенно высоки, контакты могут накладываться непосредственно на свариваемые поверхности в зазоре между кромками. Наиболее простой и надежной получается конструкция сварочного устройства, если контакты накладываются на кромки сверху. Этот вариант и получил наибольшее распространение.

Контакты могут быть установлены на разных расстояниях от места нахождения кромок. Это важно при сварке изделий из несимметричных элементов. К контактам подводится ток высокой частоты. Вследствие поверхностного эффекта ток течет в тонком слое по поверхности заготовки. Линии тока при контактном подводе к кромкам трубной заготовки показаны на рис.1.13, а. Из-за эффекта близости наибольшая часть тока течет вдоль кромок и замыкается в месте их схождения.

Рис.1.13. Принципиальная схема высокочастотной сварки труб с контактным (а) и индукционным (б) способами подвода тока.

Кроме того часть тока течет вдоль кромок в сторону, противоположную от места их схождения, и замыкается по периметру внутри трубной заготовки . Этот можно уменьшить, если внутри трубной заготовки расположить магнитопровод из материала с большой магнитной магнитной проницаемостью. Кроме внутреннего магнитопровода, целесообразно устанавливать наружный магнитопровод вблизи свариваемых кромок. Длина внутреннего и наружного магнитопроводов определяется расстоянием от контактов до места схождения кромок и должна быть примерно в три – шесть раз больше этого расстояния.

К недостаткам такого технического решения следует отнести наличие контактов. Контактные наконечники, участвующие в передаче тока к кромкам, работают в весьма напряженных условиях. Средняя плотность тока на контактных наконечниках равна 20-70 А/мм 2 . Учитывая, что наконечники могут касаться кромок трубной заготовки в одной точке, которая под действием усилия поджатия контактов к кромкам, равного 20-100 кгс, превращается в контактное пятно площадью 1- 4 мм 2 , плотность тока в контактном пятне достигает 150-1500 А/мм 2 . В процессе сварки под контактами может образоваться расплавленный металл. В этом случае наряду с контактным пятном, образуемым твердым металлом, между контактом и кромкой имеется несколько перемычек из жидкого металла. Как только ток устремляется в эти перемычки, они взрываются. Вместо исчезнувших могут образовываться новые перемычки. Не исключена возможность, что в отдельные моменты электроэнергия к кромкам передается через электрическую дугу.

Контакты должны быть изготовлены из материала, обладающего высокими электро- и теплопроводностями, значительной температурой плавления, достаточной механической прочностью и хорошей стойкостью при возникновении дуги. Контактные наконечники изготавливаю, как правило, из вольфрама, его сплавов и бронзы. Обычно контакты выдерживают сварку на длине 20 – 50 км сварного шва при использовании холоднокатаных заготовок и 1-7 км при использовании горячекатаных.

Вместо скользящих контактов могут быть использованы контактные ролики, катящиеся по кромкам. Усилие поджатия контактных роликов к кромкам может быть значительным (1- 3 тс) и переходное сопротивление при использовании роликов уменьшается. Кроме того, ролики можно зачищать с помощью резцов. Срок службы контактных роликов в установке мощностью резцов. Срок службы контактных роликов в установке мощностью 400 кВт при частоте 440 кГц и токе до 3500 А достигает одного месяца. Заточка контактных поверхностей производится один раз в смену.

Контактный подвод тока применяется при частотах радиодиапазона(более 60 кГц). Однако он применим и при частоте 8-10 кГц, но первые попытки использования контактных роликов показали, что основным препятствием является налипание разогретой окалины на контактной поверхности роликов. Это приводит к ухудшению электрического контакта между роликами и кромками, разогреву контактных поверхностей и даже вырыву металла кромок.

Индукционный способ. При индукционном нагреве на расстоянии 30 – 300 мм от места схождения кромок устанавливается кольцевой индуктор, охватывающий трубную заготовку (рис.1.13, б). Под действием поля индуктора и поверхностном слое заготовки наводится ток. Вследствие эффекта близости наибольшая часть индуктируемого тока течет вдоль кромок и замыкается в месте их схождения (полезный ток). Другая часть тока замыкается по периметру внутри трубной заготовки (бесполезный ток). Как и при контактном способе подвода тока, для уменьшения бесполезного тока применяют внутренние и наружные магнитопроводы. Длина магнитопровода при индукционном способе должна быть на длину индуктора больше, чем при контактном способе.

Расход электроэнергии, необходимой для сварки, существенно зависит от расстояния между индуктором или контактами и местом схождения кромок. При увеличении этого расстояния увеличиваются время нагрева и, следовательно, потери мощности за счет теплопередачи от нагретых кромок в соседние слои металла. Это приводит к снижению скорости сварки.

При индукционном способе подвода тока расход электроэнергии несколько выше, чем при контактном. Это связано с тем, что наряду с кромками нагревается тело трубной заготовки под индуктором.

Коэффициент использования энергииотношение энергии, затрачиваемой на разогрев только свариваемых кромок, ко всей энергии, поглощаемой заготовкой, — уменьшается с увеличением ее диаметра, поскольку увеличиваются потери в теле заготовки, в то время как мощность для разогрева кромок остается практически постоянной.

При сварке труб на ферромагнитного материала коэффициент использования энергии ниже, так как под индуктором находится материал при температуре ниже температуры магнитный превращений, и потери в теле трубной заготовки возрастают, а мощность, выделяющаяся в разогретые кромки, возрастает незначительно.

Достоинством индукционного способа является исключительная простота и надежность индукторов.

Источник