Меню

Сварка высокочастотными токами это

Индукционный нагрев ТВЧ :: Статьи

Виды сварки — вибрационная, высокочастотная, взрывная.

Дальнейшее развитие и совершенствование методов сварки и резки связано с внедрением и расширением сферы применения новых видов обработки — плазменной, электронной, лазерной, с разработкой совершенных технологических приёмов и улучшением конструкции оборудования. Возможно значительное расширение использования сварки и резки для подводных работ и в космосе. Направление прогресса в области сварочной техники характеризуется дальнейшей механизацией и автоматизацией основных сварочных работ и всех вспомогательных работ, предшествующих сварке и следующих за ней (применение манипуляторов, кантователей, роботов). Актуальной является проблема улучшения контроля качества сварки, в том числе применение аппаратов с обратной связью, способных регулировать в автоматическом режиме работу сварочных автоматов.

Вибрационная (вибродуговая) наплавка , наплавка поверхностей вибрирующим плавящимся электродом (например, стальной проволокой); является разновидностью процесса сварки. Конец электрода касается поверхности изделия, производя короткое замыкание сварочной цепи. При отходе электрода от поверхности на 1,5—3 мм сварочная цепь разрывается — возникает вспышка — электрическая дуга. Этот процесс периодически повторяется с частотой около. 100 Гц. Зона наплавки непрерывно поливается водными растворами солей, глицерина и др., иногда засыпается зернистым флюсом. Вибрационную (вибродуговую) наплавку применяют главным образом при ремонте: для наплавки осей, валов, лопастей гидротурбин и др. стальных деталей, а также для изготовления двухслойных изделий (наплавка цветных металлов и сплавов на сталь, чугун и др. металлы). Качество наплавленного металла невысокое, однако он обладает значительной твёрдостью и износоустойчивостью без термообработки.

Высокочастотная сварка , способ сварки, при котором металлы нагреваются токами высокой частоты. Соединяемые части (детали) располагаются под небольшим углом и соприкасаются в зоне сварки, где металл интенсивно нагревается до расплавления, сдавливается обжимными роликами и осаживается, образуя прочное сварное соединение. Различают Высокочастотная сварка индукционную и контактную. При индукционном нагреве ток в месте сварки (рис. 1) наводится индуктором, а при контактном способе (рис. 2) ток подводится контактами. Высокочастотная сварка широко применяется в производстве сварных труб. Труба непрерывно движется, для повышения интенсивности нагрева в заготовку трубы вводится ферритный магнитный сердечник. Для сварки труб малого диаметра (до 76 мм) используют ток ламповых генераторов с частотой 440 кГц, для труб больших диаметров (до 426 мм) — ток от машинных генераторов с частотой 8 кГц. Скорость сварки 30—50 м/мин.

Высокочастотная сварка

Рис. 1. Схема высокочастотной сварки труб индукционным способом:

1 — труба; 2 — индуктор; 3 — сердечник; 4 — обжимные ролики.

Контактная сварка

Рис. 2. Схема сварки труб контактным способом:

1 — труба; 2 — скользящие контакты; 3 — сердечник; 4 — обжимные ролики.

Взрывная сварка , сварка взрывом, способ сварки, основанный на использовании энергии взрыва. Привариваемая (метаемая) деталь располагается под углом (см. рис.) к неподвижной детали (мишени). При соударении деталей от взрыва образуется кумулятивная струя металла, распространяющаяся по поверхности деталей, вследствие чего происходит совместная пластическая деформация обеих деталей и они свариваются. Взрывчатое вещество, чаще всего применяемое для Взрывная сварка, — аммонит, массу которого берут равной массе метаемой детали. Способом взрывная сварка соединяют разные по массе (от нескольких г до нескольких т) детали из разнородных металлов, в том числе нержавеющих сталей, цветных металлов, тугоплавких сплавов и др.

Взрывная сварка

Схема взрывной сварки:

1 — неподвижная деталь (мишень); 2 — подвижная (метаемая) деталь; 3 — опорная плита; 4 — заряд; 5 — детонатор

Диффузионная сварка , способ сварки без расплавления основного металла за счёт нагрева и сдавливания соединяемых деталей. В месте сварки деталей происходит диффузия одного металла в другой. Детали с тщательно зачищенными и пригнанными поверхностями помещают в закрытую сварочную камеру с разрежением до

0,01—0,001 Н/м2, т. е. до 10-5 мм рт. ст. Детали сдавливают небольшим постоянным усилием, для повышения пластичности и ускорения диффузии нагревают до 600—800°С. Через несколько минут после окончания сварки детали охлаждаются, и их выгружают из камеры. При нагреве в вакуумной камере происходит интенсивная очистка поверхностей от органических загрязнений и окислов. Диффузионная сварка позволяет получать сварные швы высокого качества без внутренних напряжений и без перегрева металла в околошовной зоне. Этим способом можно соединять детали из одинаковых твёрдых и хрупких или разнородных материалов: из стали, твёрдых сплавов, титана, меди, никеля и их сплавов и т.д. Возможна сварка деталей из некоторых неметаллических материалов, например двух керамических или керамической с металлической. Диффузионная сварка применяется в основном в электронной промышленности, машиностроении, при производстве металлорежущего инструмента, штампов и др. Применение диффузионной сварки ограничивается необходимостью иметь сложную и дорогую аппаратуру. Производительность диффузионной сварки не очень высока из-за наличия таких операций, как вакуумирование камеры, нагрев деталей, выдержка для проведения диффузии.

Конденсаторная сварка , способ сварки, при котором для нагрева соединяемых изделий используют кратковременный мощный импульс тока, получаемый от батарей статических конденсаторов. Известно несколько разновидностей конденсаторной сварки: сопротивлением (точечная, шовная, стыковая), ударная (стыковая) и др. Конденсаторная сварка особенно эффективна при соединении мелких деталей и металлических листов небольшой толщины, например при изготовлении деталей для электронных ламп, малогабаритных приборов и аппаратов, металлических игрушек, предметов галантереи и пр.

Термитная сварка , способ сварки, при котором для нагрева металла используется термит, состоящий из порошкообразной смеси металлического алюминия или магния и железной окалины. При использовании термита на основе алюминия соединяемые детали заформовывают огнеупорным материалом, подогревают, место сварки заливают расплавленным термитом, который предварительно зажигают (электродугой или запалом). Жидкое железо, сплавляясь с основным металлом, даёт прочное соединение. Сварка термитом на основе алюминия применяется для соединения стальных и чугунных деталей — стыковки рельсов, труб, заварки трещин, наплавки поверхностей при ремонте. Термит на основе магния используется в основном для соединения телефонных, телеграфных проводов и жил кабелей. Из термитной смеси изготовляют цилиндрические шашки с осевым каналом для провода и выемкой с торца для запала. Подлежащие сварке концы проводов заводят в шашку, после чего шашку зажигают и провода осаживают. Термит на основе магния может быть использован также для сварки труб небольших диаметров.

Электролитическая сварка , производится при нагреве соединяемых частей постоянным электрическим током напряжением 110—220 В в водном щелочном электролите. Свариваемые части, погруженные в ванну с электролитом, образуют катод, анодом служит металлическая пластина. Электролитическая сварка ещё несовершенна и применяется редко, в основном для сварки мелких деталей, проволок и т. п. из различных металлов.

Сварка пластмасс , процесс неразъёмного соединения термопластов и реактопластов, в результате которого исчезает граница раздела между соединяемыми деталями. Сварку термопластов производят с использованием тепла посторонних источников нагрева (газовых теплоносителей, нагретого присадочного материала, нагретого инструмента) или с генерированием тепла внутри пластмассы при преобразовании различных видов энергии (сварка трением, токами ВЧ, ультразвуком, инфракрасным излучением и др.). Соединение реактопластов осуществляют способом, основанным на химическом взаимодействии между поверхностями непосредственно или с участием присадочного материала. Осуществление этого способа требует интенсивного прогрева поверхностей и интенсификации колебаний звеньев молекул полимера токами ВЧ или ультразвуком. Сварка пластмасс, например плёночных и листовых материалов, внедряется в различных областях промышленности и строительства.

Сварка в космосе , отличается необычными сложными условиями: вакуум до 10-10 Н/м2 (10-12 мм рт. ст.) большая скорость диффузии газов, невесомость и широкий интервал температур (от — 150 до 130 °С). Вследствие высокого вакуума и относительно высокой температуры в космических условиях иногда происходит самопроизвольная диффузионная сварка (схватывание) плотно сжатых деталей. При конструировании космических аппаратов предусматривают различные защитные меры, предотвращающие это явление. В космических условиях сварка может применяться при сборке и монтаже крупных космических кораблей и орбитальных станций, ремонте оборудования и аппаратуры космических аппаратов, а также для изготовления материалов и изделий с особыми свойствами, которые не могут быть получены на Земле. Металлы, свариваемые в условиях космического пространства, — алюминий, титановые сплавы, нержавеющие и жаропрочные стали. Условия космического пространства чрезвычайно благоприятны для следующих видов сварки: диффузионной, холодной, электроннолучевой, контактной и гелиосварки. Выполнение же дуговой и плазменной сварки, особенно при большом объёме сварочной ванны, хотя и перспективно, но в ряде случаев технически значительно затруднено из-за невесомости, когда изменяются условия разделения жидкой, твёрдой и газообразной фаз, что может привести к появлению пористости в швах, увеличению неметаллических включений и т. п. Большой градиент температуры в ряде случаев вызывает появление трещин. Преодоление неблагоприятных воздействий космической среды требует разработки специальных приёмов сварки и оборудования, которое должно отличаться высокой надёжностью и безопасностью, иметь небольшую массу, обладать низкой энергоёмкостью, а также быть простым в эксплуатации. Особенно пригодны автоматические и полуавтоматические сварочные установки. Впервые в мире С. в к. была осуществлена 16 октября 1969 лётчиками-космонавтами космического корабля «Союз-6» В. Н. Кубасовым и Г. С. Шониным на автоматической установке «Вулкан», сконструированной в институте электросварки им. Е. О. Патона.

Читайте также:  В методе интерференцтерапии используют токи

Источник

Сварка пластмасс в электрическом поле высокой частоты

24 Сентября 2019

ТВЧ-сварка ( сварка током высоких частот) пластмасс осуществляется за счет разогрева материала после поглощения им энергии образующегося электрического поля.

Профессиональные ТВЧ станки обеспечивают локальный быстрый нагрев соединяемых поверхностей, при этом нет проплавления всей поверхности и объёма материала. За счёт этого сварка ТВЧ может использоваться для соединения материалов, имеющих узкий температурный интервал вязко-текучего состояния, а также высокую вязкость расплава.

При сварке материал располагается между металлическими электродами, и при подключении данной системы к источнику электроэнергии высоких частот образуется конденсатор. Материал-диэлектрик под воздействием электрического поля поляризуется. При переменном электрическом поле в материале образуется переменная поляризация, которая сопровождается смещением заряженных частиц, входящих в атомы и молекулы. Большая часть реальных диэлектриков ( включая термопласты), помещаемых в переменное поле, имеет определённую проводимость.

Причиной для нагревания полимеров в электрополе высокой частоты являются особые звенья в их молекулах, которые имеют дипольное строение и могут при наложении внешнего поля поляризоваться. Микродиполи при попадании полимеров в переменное электрическое поле будут ориентироваться по направлению электрического поля: отрицательные заряды будут тянуться к положительно заряженной пластине конденсатора, положительно заряженные — к отрицательной пластине, а при смене на обкладках конденсатора знака заряда ориентация участков молекул будет меняться. Препятствовать этой смене ориентации будут соседние молекулы и соседние звенья этой же молекулы. Энергия, которая будет тратиться на преодоление этих препятствий, превращается в тепловую. Вязкость полимера при нагреве уменьшается и улучшаются условия ориентации.

Диполи диэлектрика при малых частотах изменения электрического поля ориентируются без запаздывания, а при возрастании частоты поля скорость поворота диполей увеличивается, соответственно, увеличивается трение частиц. Поляризация при очень большой частоте ослабевает, поскольку частицы не успевают сделать полную ориентацию.

По результатам исследований, процесс теплообразования в высокочастотном электрическом поле определяется параметрами поля, то есть напряжённостью и частотой, и диэлектрическими свойствами полимера. От теплопроводимости материала cкорость нагрева материала не зависит, поскольку теплопроводность определяет только потери теплоты в массу электродов и околошовную зону. Соответственно, максимальная температура при сварке обычно сосредоточена именно на контакте деталей, минимальная сосредотачивается на границе электродов и изделия. Подобное рациональное распределение температуры является неоспоримым преимуществом ТВЧ-сварки, поскольку не происходит наружного перегрева вещества. Скорость нагрева увеличивают изменением частоты и напряженности электрополя, однако увеличение напряженности ограничено определённым пределом – если он превышен, происходит электрический пробой находящегося между электродами свариваемого материала. Это становится причиной брака во шве и нарушает режим работы генератора высоких частот.

Частота электрополя также ограничена габаритами конденсатора – если нарушены определённые соотношения, пластмассы могут нагреваться неравномерно.

Способы сварки токами высокой частоты

Существует три технологии ТВЧ-сварки: шовная, точечная и прессовая. Выбор сварочной технологий в большинстве случаев определяется особенностями конструкции изделий.

Прессовый метод ТВЧ-сварки

Прессовый метод ( рис. 1, а) заключается в следующем: свариваемые детали изделия помещаются между обкладками рабочего конденсатора, то есть электродами. Один или оба электрода повторяют конфигурацию шва. Можно задать любую форму шва, так как электроды сменные.

statya.jpg

Рис. 1 Сварка пластмасс в высокочастотном электрическом поле:
1-электроды, 2-свариваемые детали изделия, 3-генератор, 4-диски

Одновременно с подачей напряжения на электроды от генератора подается соответствующее давление на свариваемые детали. Место сварки одновременно и равномерно нагревается по всей длине, это обеспечивает не только высокое качество, но и надёжность и стабильность механических свойств полученного сварного шва. Прессовая технология ТВЧ-сварки ограничена в использовании – толщина соединяемых деталей не должна превышать 5 мм.

Прессовая сварка – это наиболее распространённый и универсальный метод ТВЧ-сварки пластмасс. Эта технология используется для сварки деталей, декоративной отделки, клеймения изделий, нанесения аппликаций.

Шовный метод ТВЧ-сварки

Шовный метод ( рис. 1, б) заключается в следующем: два диска, которые вращаются в противоположные стороны, создают одновременно с нагревом давление на свариваемые детали. Несмотря на кажущуюся простоту, шовная технология имеет один достаточно серьезный недостаток — для того, чтобы обеспечить высокую производительность при небольшой площади сварки, необходимо требуется повышать частоту тока и напряжение, удельную мощность. А эти показатели, как сказано выше, ограничены, соответственно, производительность сравнительно невелика. В связи с этим на производстве шовный метод используется достаточно редко, в основном для сварки тонких пленок.

Точечный метод ТВЧ-сварки

Точечный метод ( рис. 1, б) представляет собой разновидность шовной технологии и отличается от неё видом шва: шов по длине получается не сплошным, а прерывистым, то есть отдельными точками. Данная технология ТВЧ-сварка используется преимущественно для прихватки изделий, собранных под шовную либо прессовую сварку.

В высокочастотном электрополе также сваривают поперечные стыки труб, но сделать разогрев равномерным по всему периметру стыка достаточно сложно, поэтому для сварки стыков труб применяются кольцевые неразъёмные либо разъёмные электроды. Особенно значимый параметр сварки в данном случае – это расстояние от электрода до стыка. При уменьшении расстояния возрастает напряженность поля в стыке, поэтому его выбору нужно уделять особое внимание.

Основные технологические параметры ТВЧ-сварки:

  1. величина давления;
  2. напряжённость электрического поля;
  3. продолжительность нагрева

В основном большинство полимерных материалов хорошо нагревается при частотах в пределах 10 — 150 МГц. Для обеспечения стабильности работы оборудования и отсутствия целесообразнее устанавливать верхний предел частот, хотя максимальное КПД генератора обеспечивается на нижнем пределе. Частота электрополя нормирована и зависит от полос частот, которые разрешены для применения в технических целях. Чтобы не создавать помехи телевидению, радиовещанию и остальным службам РФ, для ТВЧ-сварки разрешены частоты 27, 12; 81, 36; 40, 62; 152 МГц.

Стоит отметить, что такие широко используемые термопласты, как фторопласт-4, полистирол полиэтилен и некоторые другие, к сожалению, непосредственно сваркой ТВЧ не соединяются, потому что относятся к наиболее совершенным диэлектрикам, соответственно, не могут генерировать достаточное количество тепла, необходимого для сварки.

Источник

Индукционные системы нагрева при сварочных работах

Сварка пластмасс в электрическом поле высокой частоты

ТВЧ-сварка (сварка током высоких частот) пластмасс осуществляется за счет разогрева материала после поглощения им энергии образующегося электрического поля.

Профессиональные ТВЧ станки обеспечивают локальный быстрый нагрев соединяемых поверхностей, при этом нет проплавления всей поверхности и объёма материала. За счёт этого сварка ТВЧ может использоваться для соединения материалов, имеющих узкий температурный интервал вязко-текучего состояния, а также высокую вязкость расплава.

При сварке материал располагается между металлическими электродами, и при подключении данной системы к источнику электроэнергии высоких частот образуется конденсатор. Материал-диэлектрик под воздействием электрического поля поляризуется. При переменном электрическом поле в материале образуется переменная поляризация, которая сопровождается смещением заряженных частиц, входящих в атомы и молекулы. Большая часть реальных диэлектриков (включая термопласты), помещаемых в переменное поле, имеет определённую проводимость.

Читайте также:  Условное обозначение силы тока в электрической цепи

Причиной для нагревания полимеров в электрополе высокой частоты являются особые звенья в их молекулах, которые имеют дипольное строение и могут при наложении внешнего поля поляризоваться. Микродиполи при попадании полимеров в переменное электрическое поле будут ориентироваться по направлению электрического поля: отрицательные заряды будут тянуться к положительно заряженной пластине конденсатора, положительно заряженные — к отрицательной пластине, а при смене на обкладках конденсатора знака заряда ориентация участков молекул будет меняться. Препятствовать этой смене ориентации будут соседние молекулы и соседние звенья этой же молекулы. Энергия, которая будет тратиться на преодоление этих препятствий, превращается в тепловую. Вязкость полимера при нагреве уменьшается и улучшаются условия ориентации.

Диполи диэлектрика при малых частотах изменения электрического поля ориентируются без запаздывания, а при возрастании частоты поля скорость поворота диполей увеличивается, соответственно, увеличивается трение частиц. Поляризация при очень большой частоте ослабевает, поскольку частицы не успевают сделать полную ориентацию.

По результатам исследований, процесс теплообразования в высокочастотном электрическом поле определяется параметрами поля, то есть напряжённостью и частотой, и диэлектрическими свойствами полимера. От теплопроводимости материала cкорость нагрева материала не зависит, поскольку теплопроводность определяет только потери теплоты в массу электродов и околошовную зону. Соответственно, максимальная температура при сварке обычно сосредоточена именно на контакте деталей, минимальная сосредотачивается на границе электродов и изделия. Подобное рациональное распределение температуры является неоспоримым преимуществом ТВЧ-сварки, поскольку не происходит наружного перегрева вещества. Скорость нагрева увеличивают изменением частоты и напряженности электрополя, однако увеличение напряженности ограничено определённым пределом – если он превышен, происходит электрический пробой находящегося между электродами свариваемого материала. Это становится причиной брака во шве и нарушает режим работы генератора высоких частот.

Частота электрополя также ограничена габаритами конденсатора – если нарушены определённые соотношения, пластмассы могут нагреваться неравномерно.

Способы сварки токами высокой частоты

Существует три технологии ТВЧ-сварки: шовная, точечная и прессовая. Выбор сварочной технологий в большинстве случаев определяется особенностями конструкции изделий.

Прессовый метод ТВЧ-сварки

Прессовый метод (рис. 1, а) заключается в следующем: свариваемые детали изделия помещаются между обкладками рабочего конденсатора, то есть электродами. Один или оба электрода повторяют конфигурацию шва. Можно задать любую форму шва, так как электроды сменные.

Рис. 1 Сварка пластмасс в высокочастотном электрическом поле: 1-электроды, 2-свариваемые детали изделия, 3-генератор, 4-диски

Одновременно с подачей напряжения на электроды от генератора подается соответствующее давление на свариваемые детали. Место сварки одновременно и равномерно нагревается по всей длине, это обеспечивает не только высокое качество, но и надёжность и стабильность механических свойств полученного сварного шва. Прессовая технология ТВЧ-сварки ограничена в использовании – толщина соединяемых деталей не должна превышать 5 мм.

Прессовая сварка – это наиболее распространённый и универсальный метод ТВЧ-сварки пластмасс. Эта технология используется для сварки деталей, декоративной отделки, клеймения изделий, нанесения аппликаций.

Шовный метод ТВЧ-сварки

Шовный метод (рис. 1, б) заключается в следующем: два диска, которые вращаются в противоположные стороны, создают одновременно с нагревом давление на свариваемые детали. Несмотря на кажущуюся простоту, шовная технология имеет один достаточно серьезный недостаток — для того, чтобы обеспечить высокую производительность при небольшой площади сварки, необходимо требуется повышать частоту тока и напряжение, удельную мощность. А эти показатели, как сказано выше, ограничены, соответственно, производительность сравнительно невелика. В связи с этим на производстве шовный метод используется достаточно редко, в основном для сварки тонких пленок.

Точечный метод ТВЧ-сварки

Точечный метод (рис. 1, б) представляет собой разновидность шовной технологии и отличается от неё видом шва: шов по длине получается не сплошным, а прерывистым, то есть отдельными точками. Данная технология ТВЧ-сварка используется преимущественно для прихватки изделий, собранных под шовную либо прессовую сварку.

В высокочастотном электрополе также сваривают поперечные стыки труб, но сделать разогрев равномерным по всему периметру стыка достаточно сложно, поэтому для сварки стыков труб применяются кольцевые неразъёмные либо разъёмные электроды. Особенно значимый параметр сварки в данном случае – это расстояние от электрода до стыка. При уменьшении расстояния возрастает напряженность поля в стыке, поэтому его выбору нужно уделять особое внимание.

Основные технологические параметры ТВЧ-сварки:

  1. величина давления;
  2. напряжённость электрического поля;
  3. продолжительность нагрева

В основном большинство полимерных материалов хорошо нагревается при частотах в пределах 10 — 150 МГц. Для обеспечения стабильности работы оборудования и отсутствия целесообразнее устанавливать верхний предел частот, хотя максимальное КПД генератора обеспечивается на нижнем пределе. Частота электрополя нормирована и зависит от полос частот, которые разрешены для применения в технических целях. Чтобы не создавать помехи телевидению, радиовещанию и остальным службам РФ, для ТВЧ-сварки разрешены частоты 27, 12; 81, 36; 40, 62; 152 МГц.

Стоит отметить, что такие широко используемые термопласты, как фторопласт-4, полистирол полиэтилен и некоторые другие, к сожалению, непосредственно сваркой ТВЧ не соединяются, потому что относятся к наиболее совершенным диэлектрикам, соответственно, не могут генерировать достаточное количество тепла, необходимого для сварки.


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.

Сварка токами высокой частоты

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.

Сварка токами высокой частоты

Как сделать такой аппарат для контактной сварки, можно узнать на сайте . Сам аппарат состоит из:

  • трубы;
  • скользящих контактов;
  • сердечника;
  • обжимных роликов.

Подключение к индуктору

Вначале следует сказать о конструкции самого индуктора. Его рекомендуется сделать в виде цилиндрической катушки, намотанной в один ряд медным проводом. Витки должны быть изолированы друг от друга.

Рекомендуемое число витков – от 80 до 100. Сечение провода обычно составляет 2,5 – 4 мм2. В качестве сердечника можно использовать саму трубу отопления, но практические опыты показали, что вода при этом греется слабо. Поэтому была опробована другая конструкция сердечника.

Для более интенсивного нагрева теплоносителя в качестве сердечника предложено использовать отрезок пластиковой трубы, заполненный обрезками стальной проволоки, диаметром 5 – 6 мм.

При такой схеме происходит индукционный нагрев проволоки, обтекаемой теплоносителем. За счет увеличения площади теплообмена вода нагревается значительно интенсивней. Участок трубы с проволокой следует ограничить стальными сетками с обеих сторон, во избежание попадания обрезков в систему отопления.

Что касается собственно подключения сварочного инвертора, то рекомендации тех, кто сделал индукционный нагреватель своими руками, несколько неоднородны.

Так, часть советов сводится к изготовлению дополнительного промежуточного трансформатора, во вторичную обмотку которого включается индуктор с конденсатором.

Другая часть мастеров просто наматывают один виток медного провода на тороидальный высокочастотный трансформатор сварочного инвертора и напрямую к нему подключают индуктор.

В любом случае, не следует использовать выводы + и — сварочного инвертора, с которых осуществляется сварка. Напряжение на них выпрямленное, с наложенными высокочастотными пульсациями. Постоянная составляющая сварочного напряжения просто перегреет индуктор, не создавая рабочего поля.

Подключение к индуктору

Вначале следует сказать о конструкции самого индуктора. Его рекомендуется сделать в виде цилиндрической катушки, намотанной в один ряд медным проводом. Витки должны быть изолированы друг от друга.

Читайте также:  Как движутся электроны в проводнике при постоянном токе

Рекомендуемое число витков – от 80 до 100. Сечение провода обычно составляет 2,5 – 4 мм2. В качестве сердечника можно использовать саму трубу отопления, но практические опыты показали, что вода при этом греется слабо. Поэтому была опробована другая конструкция сердечника.

Для более интенсивного нагрева теплоносителя в качестве сердечника предложено использовать отрезок пластиковой трубы, заполненный обрезками стальной проволоки, диаметром 5 – 6 мм.

При такой схеме происходит индукционный нагрев проволоки, обтекаемой теплоносителем. За счет увеличения площади теплообмена вода нагревается значительно интенсивней. Участок трубы с проволокой следует ограничить стальными сетками с обеих сторон, во избежание попадания обрезков в систему отопления.

Что касается собственно подключения сварочного инвертора, то рекомендации тех, кто сделал индукционный нагреватель своими руками, несколько неоднородны.

Так, часть советов сводится к изготовлению дополнительного промежуточного трансформатора, во вторичную обмотку которого включается индуктор с конденсатором.

Другая часть мастеров просто наматывают один виток медного провода на тороидальный высокочастотный трансформатор сварочного инвертора и напрямую к нему подключают индуктор.

В любом случае, не следует использовать выводы + и — сварочного инвертора, с которых осуществляется сварка. Напряжение на них выпрямленное, с наложенными высокочастотными пульсациями. Постоянная составляющая сварочного напряжения просто перегреет индуктор, не создавая рабочего поля.

Особенности систем индукционного нагрева

Стандартное оборудование представляет собой источник питания в защитном корпусе с разъемами для подключения удлинительных кабелей. Индукционная система нагрева оснащается воздушным или жидкостным охлаждением, встроенным регулятором температуры. Опционально она может комплектоваться тележкой на колесах, а также электронным записывающим устройством. Программирование имеет два режима: ручной, когда оператор сам выставляет время обработки, и автоматический. В последнем случае выходная мощность зависит от текущей температуры детали.

Все системы имеют высокую степень защиты, исключающую поражение электрическим током при работе. Если разъем не закрыт заглушкой или к нему не подключен кабель, питание на него не подается. Некоторые модели оснащаются дистанционными выключателями.

Индукционные системы нагрева с воздушным охлаждением комплектуются специальным одеялом с кевларовым чехлом. Такое оборудование применяется при работе с надземными и подводными трубопроводами, в судостроении (для обработки кромок значительной длины), горной промышленности. Большинство моделей данного типа оснащены несколькими разъемами для удлинительных кабелей, что позволяет обрабатывать одновременно более чем одну деталь.

Системы с жидкостным охлаждением имеют дополнительный кабель, который подсоединяется к обрабатываемой детали. Он размещен в армированном силиконовом шланге. Это обеспечивает прочность последнего, создает необходимые условия для подачи жидкости, охлаждающей проводник тепла.

Индукционная система нагрева с жидкостным охлаждением используется для горячей посадки фланцев и других компонентов на вал, а также для их последующего снятия. Ее применяют при строительстве технологических трубопроводов в полевых условиях и сварочных цехах. В горной и судостроительной промышленности такое оборудование используют для быстрого нагрева кромок значительной протяженности — например, для швов деталей корпуса.

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.

Источник



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

Высокочастотная сварка представляет собой способ контактной сварки, нагревание металла при котором происходит с применением переменного тока частоты 10 кГц и более. Подача энергии происходит через механические контакты или способом наведения в детали.

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.

Виды и группы

Высокочастотная сварка в зависимости от способа передачи энергии кромкам классифицируется на виды:

  1. Контактный. На свариваемые кромки накладываются контакты, к которым подводится ток высокой частоты.
  2. Индукционный. Нагревание происходит с помощью индуктора, при протекании через который переменного тока возникает магнитное поле. При помещении металлической детали в середину индуктора переменным магнитным потоком будет вызван индукционный ток, и выполнено нагревание в заданной зоне.

Процессы сварки ТВЧ подразделяются на 3 группы:

  1. Давлением с оплавлением. Механизм заключается в предварительном нагреве соединяемых поверхностей и их местного расплавления. Расплавленный материал удаляется из сварочной зоны при осадке. Шов образуется между деталями в твердом состоянии.
  2. Давлением без оплавления. Свариваемые поверхности предварительно нагреваются до температуры, значение которой ниже точки плавления металла, подвергаемого процессу.
  3. Плавлением без давления. Нагрев элементов осуществляется до оплавления. Сварная ванна металла застывает, шов образуется без приложения давления.

ГОСТы

Информация, относящаяся к высокочастотной сварке, изложена в ГОСТах, которые необходимо выполнять.

ГОСТ Р ИСО 857-1-2009 содержит:

  • формулировку термина «высокочастотная сварка»;
  • информацию о принадлежности метода по виду энергоносителя к классу «Электрический ток».
  • процессы сварки: ГОСТ Р ИСО 4063-2010 – список общепринятых сокращений высокочастотной сварки.

Принцип работы

Соединяемые заготовки изделия установлены под небольшим углом с образованием щели между соединяемыми кромками. Ток высокой частоты к кромкам подводится одним из способов – индуктором или через скользящие контакты и проходит от одной кромки к другой через зону их схождения. Высокая концентрация энергии в этой зоне достигается в результате действия проявлений поверхностного эффекта и близости.

При соприкосновении кромок в рабочей зоне происходит интенсивный нагрев металла и его расплавление. В результате сдавливания обжимными роликами металл осаживается, образуется прочное соединение.

высокочастотная сварка

Процесс высокочастотной сварки труб

Положительные качества

  • возможность бесконтактного нагрева заготовки;
  • высокая степень локализации энергии;
  • широкая возможность изменения параметров сварки;
  • отсутствие ограничений по скорости процесса;
  • невысокая энергоемкость работ.

Где применяется

Метод эффективен при непрерывном процессе массового изготовления изделий простой конфигурации.

Высокочастотная сварка находит применение в производстве:

  • прямошовных и спиральношовных труб из цветных и черных металлов;
  • тавровых и двутавровых балок в судостроении;
  • оболочек электрических кабелей.

Способ используют при изготовлении профилей, приварке ребер.

Источник