Тема 2.2. Сварочные диффузионные установки
Сварочные диффузионные установки имеют следующие основные узлы: сварочную камеру, вакуумную систему, механизм давления, приводимый в действие гидравлическим насосом, пульт управления электрооборудованием и блок контроля вакуумной системы. Величину давления контролируют манометром. Для уменьшения нагрева стенок сварочной камеры на ней имеется водяная рубашка и охлаждаемый промежуточный шток. В качестве источника нагрева в установках обычно используют генератор ТВЧ.
Диффузионная сварка может быть использована для соединения неметаллических материалов.
Вопросы для проверки
1. К какому классу относится диффузионная сварка?
2. Какие основные параметры диффузионной сварки?
3. В каком состоянии осуществляется диффузионная сварка?
4. Как подготавливается поверхность соединяемых деталей перед сваркой?
5. Для чего необходим вакуум в сварочной камере?
6. От чего зависит продолжительность процесса сварки?
7. Для каких изделий целесообразно применять диффузионную сварку?
Тема 2.3. Сварка токами высокой частоты
Высокочастотный нагрев довольно широко применяется в различных областях промышленного производства, в частности сварочного, как специального метода для сварки труб, обечаек, плоских заготовок. Высокочастотный нагрев используется в диффузионном способе сварки, как один из оптимальных источников тепла. Закреплению теоретического курса предназначены вопросы для самопроверки в конце темы. Усвоению материала способствует отработка теста №6 блока текущего контроля, расположенного в конце опорного конспекта.
|
|
|
Особенность высокочастотного метода нагрева состоит в выделении тепловой энергии в массе нагреваемого металла и возможности значительной концентрации электромагнитной энергии токов высокой частоты в поверхностных слоях нагреваемого металла вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости. При нагреве ТВЧ металлы помещают в магнитное поле высокой частоты, созданное током, протекающим по индуктору. В металле при этом индуктируется электродвижущая сила, вызывающая в нем ток. Вследствие поверхностного эффекта ток в нагреваемом изделии распределяется неравномерно - наибольшая плотность тока наблюдается в поверхностных слоях изделия. В нагреваемом ТВЧ изделии увеличение плотности тока от центра к поверхности проводника происходит по экспоненциальному закону
δх = δе-х/∆,
где δх -среднеквадратичное значение плотности тока на расстоянии х от поверхности провода; δ - среднеквадратичное значение плотности тока на поверхности проводника; ∆ - глубина проникновения -расстояние от поверхности провода по направлению к его центру, на котором плотность тока убывает в (е) раз по сравнению с плотностью тока на поверхности.
|
|
|
Из вышеприведенного выражения следует, что при высокочастотном нагреве в поверхностных слоях можно обеспечить быстрый нагрев металла.
Кроме поверхностного эффекта, для высокочастотнойсварки используют так называемый эффект близости. Сущность этого эффекта заключается в следующем: если вблизи проводника с переменным током поместить другой проводник без тока или же с током имеющим противоположное направление, то в первом случае, вследствие электромагнитной индукции, в проводнике возникнет ЭДС и ток, направленные противоположно току в первом проводнике. Вследствие этого магнитные потоки от обоих токов в зазоре между проводниками, направленные в одну сторону, суммируются, а на наружных сторонах проводников, направленные встречно, ослабляются. Таким образом, в зазоре между проводниками напряженность магнитного поля увеличивается, а вне зазора, наоборот, уменьшается. Вследствие этого плотности токов и поглощение энергии в проводниках увеличиваются в тех частях поверхности, которые обращены к другому проводнику, т. е. там, где напряженность магнитного поля больше, и уменьшаются на внешних частях поверхности как это показано на рис. 23. Этот эффект способствует еще большей концентрации энергии в поверхностных слоях нагреваемого изделия.
|
|
|
Рис.23. Распределение переменного тока в параллельно
расположенных шинах при противоположном направлении токов
Для контактной высокочастотной сварки труб с использованием эффекта близости разработаны технология и аппаратура (рис.24). Токоподводящие контакты скользящие и вращающиеся, подводят ток высокой частоты к кромкам сформированной трубной заготовки. Вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости ток сосредоточивается на поверхностях сходящихся кромок. Заготовка с разогретыми до необходимой температуры кромками поступает в обжимные валки, где и происходит сварка кромок сформированной трубной заготовки. Вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости ток сосредоточивается на поверхностях сходящихся кромок.
Рис. 24. Схема высокочастотной сварки
продольного стыка трубы
Шунтирующее сопротивление при высокой частоте велико и, кроме того, его можно увеличить введением во внутреннюю полость трубы ферритового сердечника, увеличивая при этом концентрацию тока на поверхности трубы.
|
|
|
Вследствие использования высококонцентрированного нагрева при высокочастотной сварке протяженность зоны термического влияния и зоны шва чрезвычайно мала и составляет 0,1÷0,15 мм. В связи с этим сварной шов обладает высокими механическими и антикоррозионными свойствами, весьма близкими к свойствам основного металла. Применение высокочастотной сварки для изготовления труб из легированной стали позволяет получить скорости сварки, во много раз превышающие скорости при дуговой сварке.
Высокочастотная сварка может быть использована для стыковой сварки труб и сплошных сечений, это позволяет нагревать торцы поверхностей без их контакта и оплавления.
Торцы труб зажимают в специальных зажимах с усилием, исключающим проскальзывание их при приложении осевого усилия (рис. 25). Стык трубы помещают в одновитковый индуктор и нагревают до сварочной температуры, после чего прикладывают давление осадки.
Частоту тока, используемого для нагрева металла при стыковой сварке труб при индукционном нагреве, выбирают из условия получения возможно более высокого КПД индуктора и возможно большей скорости нагрева.
Критерием выбора частоты тока является диаметр d трубы и толщина её стенки. Глубина проникновения ∆г. пр. тока в металл, определяет зону металла с максимальной температурой, т. е. толщину свариваемого металла.
На рис. 26 представлена схема армирования твердыми сплавами зубьев буровых долот. Твердый сплав в виде порошка или брикета укладывают на армируемую грань зуба и в таком виде нагревают ТВЧ. В процессе нагрева расплавляются брикет и металл зуба, при этом зерна твердого сплава проникают в основной металл на глубину 2 - 3 мм. Продолжительность наплавки одного зуба составляет 10 - 27 с.
Рис. 25. Схема стыковой сварки труб:
1 - трубы; 2 — зажим; 3 - трансформатор; 4 - индуктор
Основные преимущества сварки с нагревом ТВЧ: возможна сварка труб из высокоактивных металлов аустенитных и жаропрочных сталей и сплавов; прочность сварных соединений не уступает прочности основного металла; обеспечиваются высокая производительность и стабильность процесса; процесс нечувствителен к состоянию поверхности металла, легко механизируется и автоматизируется.
Рис. 26. Схема наплавки твердых сплавов на зубья буровых долот:
1 - индуктор; 2 - брикет твердого сплава
Вопросы для проверки
1. В чём особенность высокочастотного нагрева?
2. Какие области изделия нагреваются токами высокой частоты?
3. Какие эффекты присутствуют при высокочастотном нагреве?
4. Какие изделия подвергаются высокочастотной сварке?
5. Где наблюдается наибольшая плотность тока?
6. Насколько велика зона термического влияния при сварке ТВЧ?
7. Какие изделия можно наплавить твёрдым сплавом используя высокочастотную сварку?
Специальные методы сварки плавлением
Методы сварки плавлением относятся к термическому классу, где основным силовым фактором является повышенная температура, благодаря привнесению которой, происходит плавление кромок соединяемых деталей и образование общей сварочной ванны и, соответственно, неразъёмного сварного соединения. К термическому классу относятся различные типы электродуговой сварки, а также газовая сварка. Специальные методы сварки плавлением предлагаются к изучению в следующих нижерасположенных разделах.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 262; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!