Законы и явления, лежащие в основе процесса высокочастотной сварки

Введение

 

Сегодня, сварка - один из наиболее распространенных технологических процессов в ряде отраслей производства. Она необходима и в быту, и в малом строительстве и т. д.

В древности, сварки как самостоятельной технологии не существовало, а простейшие сварочные операции выполняли кузнецы и литейщики. Кузнецы разогревали детали в горне, соединяли, а затем проковывали их. Этот способ известен и сегодня под названием кузнечной, или горновой, сварки.

Именно так сваривали металлические детали вплоть до конца XIX века.

Литейщики пользовались несколько иными способами: они заформовывали и соединяли детали, а участок соединения заливали расплавленным металлом. Сегодня этот способ используется, в частности, при изготовлении художественного литья. Открытие электрической дуги раз и навсегда изменило способы соединения металлических деталей. В 1802 году при экспериментах с электрической дугой удалось получить пламя, способное плавить металл. Однако до разработки сварочного аппарата дело не дошло: ученые опередили свое время, ведь для питания такого мощного устройства был необходим источник электрического тока, а их в начале XIX века еще не существовало.

Кроме того, промышленность того времени была развита слабо и острой необходимости в сварочном устройстве не было. И только через 80 лет, в конце XIX века, было предложено первое устройство для электрической дуговой сварки с помощью угольного электрода.

Это изобретение вскоре получило самое широкое распространение, причем первыми его оценили по достоинству ремонтники железнодорожных депо.

А еще через несколько лет был изобретен способ, обеспечивающий непрерывное плавление материала и улучшающий качество сварного шва. В ХХ веке были значительно усовершенствованы старые и изобретены новые способы сварки.

В нынешнее время с ростом научно-технического прогресса проблема осуществления и способа сварки изделий имеет достаточно большую актуальность.

В данном реферате речь пойдет о сварке с помощью индукционных методов нагрева, а именно о сварке токами высокой частоты (ТВЧ) и о радиочастотной сварке.

 

Основная часть.

Сварка ТВЧ (высокочастотная сварка)

 

Впервые идея применения токов высокой частоты (ТВЧ) для сварки металлов была предложена в 1946 г. советскими специалистами во главе с А.В. Улитовским. В 50-е годы в Советском Союзе и за рубежом начались интенсивные исследования по созданию технологии и оборудования для высокочастотной сварки труб, а несколько позже и для оболочек кабеля и профилей. Был создан способ промышленного применения высокочастотной сварки, при котором изделие перед сварочным узлом формуется в виде заготовки с V-образной щелью между свариваемыми кромками. К кромкам посредством скользящих контактов или индуктором подводится ТВЧ таким образом, чтобы он проходил от одной кромки к другой через место их схождения. Вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости, который по мере сближения кромок усиливается, достигается высокая концентрация тока в месте схождения кромок. Благоприятное распределение тока, высокая степень концентрации мощности обеспечивают возможность ведения процесса с оплавлением тонкого слоя на поверхности свариваемых кромок и получение прочного качественного сварного соединения. Нагретые кромки изделия обжимаются с помощью валков и свариваются. Качество сварного соединения и расход электроэнергии тесным образом связаны с особенностями протекания ТВЧ по проводникам.

Сварка оребренных труб

В теплообменных аппаратах применяются трубы с развитой наружной поверхностью, т. е. с прямыми и спиральными ребрами. Такие трубы изготавливаются методом прессования. При этом способе низка производительность и высоки капитальные за­траты, невозможно получить трубы с тонкостенными ребрами. Приварка ребер к трубам дуговой сваркой под слоем флюса в среде углекислого газа малопроизводительна и, кроме того, зона термического влияния в теле трубы настолько велика, что создается опасность разупрочнения трубы. При высокочастотной приварке ребер к трубам обеспечивается высокая производительность, минимальная зона термического влияния, высокое качество сварного соединения при использовании различных материалов. В связи с этим в СССР и за рубежом ведутся работы по использованию высокочастотного нагрева при приварке ребер к трубам. сварка стальных тонкостенных спиральношовных труб Тонкостенные трубы, для которых D/2d > 100^-250, нужны, например, для сельского хозяйства, нефтепромыслов, промыш­ленной вентиляции и др. Обычно такие трубы изготавливались на станах спиральношовнои сварки с соединением кромок встык или внахлестку дуговой или контактной роликовой сваркой. При этом скорость сварки невелика: при дуговой сварке она не превышает 2,5 м/мин, а при контактной - 4 м/мин. Контактной сваркой можно получать качественные трубы только из холодно­катаной травленой ленты без следов ржавчины или смазки. Та­кая подготовка ленты значительно удорожает процесс производства и препятствует широкому применению его в промышленности. Технология высокочастотной сварки спиральношовных тонкостенных труб с контактным подводом тока разработана в 1963-1965 гг. Как и при сварке спиральношовных труб большого диаметра, качество соединения зависит от геометрии свариваемых кромок на участках нагрева и осадки. При сварке спиральношовных тонкостенных труб геометрия кромок регулироваться не может, и поэтому для обеспечения оптимальных условий сварки необходимо особое внимание уделять выбору исходных параметров формовки: углу формовки и ширине ленты, используемой для изготовления труб.

 

Радиочастотная сварка

высокочастотная сварка электрический кабель труба

В настоящее время способ сварки труб токами высокой радиотехнической частоты (70-450 кГц) получил широкое распространение. Этим способом получают трубы диаметром от 8 до 529 мм и более с толщиной стенки 0,3-10 мм.

 

Введение

 

Сегодня, сварка - один из наиболее распространенных технологических процессов в ряде отраслей производства. Она необходима и в быту, и в малом строительстве и т. д.

В древности, сварки как самостоятельной технологии не существовало, а простейшие сварочные операции выполняли кузнецы и литейщики. Кузнецы разогревали детали в горне, соединяли, а затем проковывали их. Этот способ известен и сегодня под названием кузнечной, или горновой, сварки.

Именно так сваривали металлические детали вплоть до конца XIX века.

Литейщики пользовались несколько иными способами: они заформовывали и соединяли детали, а участок соединения заливали расплавленным металлом. Сегодня этот способ используется, в частности, при изготовлении художественного литья. Открытие электрической дуги раз и навсегда изменило способы соединения металлических деталей. В 1802 году при экспериментах с электрической дугой удалось получить пламя, способное плавить металл. Однако до разработки сварочного аппарата дело не дошло: ученые опередили свое время, ведь для питания такого мощного устройства был необходим источник электрического тока, а их в начале XIX века еще не существовало.

Кроме того, промышленность того времени была развита слабо и острой необходимости в сварочном устройстве не было. И только через 80 лет, в конце XIX века, было предложено первое устройство для электрической дуговой сварки с помощью угольного электрода.

Это изобретение вскоре получило самое широкое распространение, причем первыми его оценили по достоинству ремонтники железнодорожных депо.

А еще через несколько лет был изобретен способ, обеспечивающий непрерывное плавление материала и улучшающий качество сварного шва. В ХХ веке были значительно усовершенствованы старые и изобретены новые способы сварки.

В нынешнее время с ростом научно-технического прогресса проблема осуществления и способа сварки изделий имеет достаточно большую актуальность.

В данном реферате речь пойдет о сварке с помощью индукционных методов нагрева, а именно о сварке токами высокой частоты (ТВЧ) и о радиочастотной сварке.

 

Основная часть.

Сварка ТВЧ (высокочастотная сварка)

 

Впервые идея применения токов высокой частоты (ТВЧ) для сварки металлов была предложена в 1946 г. советскими специалистами во главе с А.В. Улитовским. В 50-е годы в Советском Союзе и за рубежом начались интенсивные исследования по созданию технологии и оборудования для высокочастотной сварки труб, а несколько позже и для оболочек кабеля и профилей. Был создан способ промышленного применения высокочастотной сварки, при котором изделие перед сварочным узлом формуется в виде заготовки с V-образной щелью между свариваемыми кромками. К кромкам посредством скользящих контактов или индуктором подводится ТВЧ таким образом, чтобы он проходил от одной кромки к другой через место их схождения. Вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости, который по мере сближения кромок усиливается, достигается высокая концентрация тока в месте схождения кромок. Благоприятное распределение тока, высокая степень концентрации мощности обеспечивают возможность ведения процесса с оплавлением тонкого слоя на поверхности свариваемых кромок и получение прочного качественного сварного соединения. Нагретые кромки изделия обжимаются с помощью валков и свариваются. Качество сварного соединения и расход электроэнергии тесным образом связаны с особенностями протекания ТВЧ по проводникам.

Законы и явления, лежащие в основе процесса высокочастотной сварки

Высокочастотная сварка металлов основана на использовании законов электромагнитной индукции и полного тока, а также следующих явлений: поверхностного эффекта, эффекта близости, кольцевого или катушечного эффекта, влияния магнитопроводов и медных экранов на распределение тока в проводнике, изменения свойств металлов при изменении температуры и напряженности магнитного поля, возникновения электромагнитных сил. В результате появляются индукционные токи (вихревые токи, или токи Фуко), которые и вызывают нагрев. Эти законы и явления необходимо учитывать при выборе параметров процесса и конструировании устройств для передачи сварочного тока к изделиям.