Способ высокочастотной сварки изделий типа "поверхность-ребро Советский патент 1984 года по МПК B23K13/00 B23K31/08 

СО

ас 111 Изобретение относится к высокочас тотной сварке и может быть использовано при .производстве преимущественн толстостенных профилей типа поверхность-ребро , Известен способ высокочастотной сварки изделий, имеющих неравномерны условия нагрева и охлаждения свариваемых элементов типа поверхностьреб-ро, Этот способ заключается в пропускании тока высокой частоты по свариваемым поверхностям изделий, дополнительном локальном нагрева по верхности с помощью токонесущего элемента - концентратора, который ликвидирует недогрев поверхн.ости, и последующем сдавливании свариваемы элементов. Концентратор, производящий дополнительный локальный нагрев, размещают в зазоре между свариваемым элементами LlT. Однако при сварке толстостенных элементов невозможно обеспечить изгиб поверхности, необходимый для размещения в зазоре между элементами концентратора тока. Известен также способ высокочасто ной сварки изделий типа поверхность ребро, заключающийся в подведении тока высокой частоты к свариваемым элементам на разном расстоянии от точки их схождения и сдавливании разогретых поверхностей. Такой подвод тока обеспечивает более продолжительньш нагрев поверх ности и частичное выравнивание температур «а элементах. Изгиб поверхности при этом может быть минимальным 2. Однако известньй способ не обеспе чивает качественной сварки, так как в этом случае ширина зоны интенсивного нагрева на поверхности принци пиально не может быть щире толщины ребра, а тепловой поток в теле заготовки приводит к подтуживанию нагреваемой зоны на краях. В результате на углах сварного соединения при таком способе сварки всегда имеют место непровары. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ высокочастотной сварки, заключающийся в пропускании тока высокой частоты по свариваемым поверхностям изделий и дополнительном нагреве поверхности с последующим обжатием. Устройство для предварительного нагрева размещают между i свариваемыми элементами З, Однако реализация такого способа при сварке толстостенных профилей невозможна, так как для размещения устройства дополнительного нагрева между элементами требуется значительный изгиб поверхности в зоне сварки. Невозможно также установить это устройство на расстоянии, при котором зазор между элементами станет достаточно большим, так как это резко снизит термический КПД процесса за счет растекания зоны нагрева, ухудшит качество сварки за счет- значительной глубины прогретого до очень высоких температур слоя металла (предварительньй нагрев в этом случае предполагает существенный перегрев поверхности с учетом последующего ее подстуживания при перемещении к зоне сварки). Целью изобретения является расширение сортамента свариваемых изделий и повышение эффективности процесса сварки. Указанная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в пропускании тока высокой частоты по сваривае1 а1м поверхностям изделий и дополнительном подогреве поверхности с последующим обжатием, дополнительный нагрев поверхности производят .со стороны, обратной привариваемому ребру, при этом участок дополнительного нагрева располагают на расстоянии 2 от точки сварки, которое выбирают из соотношения: (сг-л)2 критерий Фурье, ,05-0,25; скорость сварки, м/мин; толщина поверхности, м, глубина проникновения тока стороннего источника, м; коэффициент температуропроводности, . Нагрев со стороны, обратной приваиваемому ребру, позволяет размесить нагреватель в непосредственной лизости от участка пропускания сваочного тока (или даже совместить во ремени эти участки нагрева). При том не требуется значительного изгиа поверхности и поэтому могут сваиваться профили,.имеющие большую олщину поверхности (в 2-3,5 раза ревьшающую толщину поверхности профиля, свариваемого в соответствии с известными способами). Дополнительньм нагрев производит- ся нагревателем минимально возможной длины, которая определяется возможностью передать в нагреваемую поверхность необходимую мощность без повреж дения обращенной к нему поверхности. Возникающий при этом перепад температур по сечению поверхности выравнивается на длине С от нагревателя до точки сварки . На лйчие участка выравнивания температуры позволяет получить высокие энергетические характеристики процесса за счет локализации энергии, позволяющей сократить отсос тепла в периферийные области поверхности . Указанная зависимость длины участка выравнивания температур определяет связь теплофизических параметров материала свариваемых изделий, скорость сварки и условия выделения энергии. При значениях глубины проникновения, близких или равных толщине d по верхности, правая часть указанной зависимости превращается в ноль. Однако совместить момент окончания дополнительного нагрева поверхности с точкой, противолежащей точке схождения, конструктивно сложно, поэтому зависимость имеет знак неравенства. Указанные пределы критерия Фурье F 0,05-0,25 определяют рациональные значения теплоперепада по толщине п верхности в точке сварки. На чертеже показана схема реализации предлагаемого способа сварки тол стостенного профиля. Схема включает в себя сварочные токоподводы 1, поверхность профиля 2, ребро профиля 3, нагреватель 4 дополнительного нагрева поверхнос ти . Ток высокой частоты от сварочного источника питания подводят с помощью токоподводов 1 к свариваемой поверх ности 2 и реб)у 3, которые сводят под небольшим углом друг к другу. Предварительно с помощью индукционного нагревателя 4, установленного с внешней стороны поверхности 2, производят дополнительный нагрев по верхности 2. На участке происходи выравнивание температуры по сечению поверхности за время перемещения заготовки к точке схождения. В резул тате к моменту схождения заготовок происходит оплавление обеих свариваемых поверхностей. Обжатие этих поверхностей в точке схождения обеспечивает образование сварного соединения.Длина участка выравнивания нагрева выбрана из условия получения минимального теплоперепада между стороной поверхности, обращенной к нагревателю, и свариваемой при-минимальном времени нагрева. Теплоперепад определяется как теплофизическими свойствами нагреваемого материала, так и его геометрией (в данном случае толщиной поверхности), и эти его свойства выражаются критери м Фурье F , который выбран в пределах 0,05-0,25, что определяет теплоперепад по толщине поверхности от 45, 0,05 до 2% при F 0,25. Длина участка выравнивания нагрева скорректирована на величину, учитывающую условия выделения энергии в нагреваемом индукционным методом изделии, которые учтены квадратом разности толщины поверхности и глубины проникновения тока в нее, поделенным на коэффициент температуропроводности. С увеличением скорости длина участка выравнивания нагрева пропорционально возрастает. П р и м е р. По предлагаемому способу проводилась высокочастотная сварка таврового профиля следующей геометрии: ширина ребра 0,18 м, сирина поверхности 0,16 м, толщина ребра 0,006 м, толщина поверхности 0,01 м,материал заготовок - сталь ОВКП. .Угол схождения свариваемых элементов 3 град, длина зоны нагрева сварочным током 0,09. Длина (О участка выравнивания температуры была вычислена следующим образом: () ,25-0,3 -б 25То-&° Длина индукционного нагревателя 0,2 м, температура предварительного нагрева поверхности , ширина зоны нагрева поверхности 0,01 м,скорость сварки 0,3 м/с. В качестве сварочного источника питания использован генератор частотой 440 к Гц, мощностью 500 кВт. В качестве стороннего источника тока использовались два машинных преобразователя частотой 10000 Гц и мощностью 500 кВт каждый. В результате было получено сварное соединение на всей ширине стыка заготовок. Глубина внедрения ребра в поверхность равнялась 2,5 мм, что для данной толщины поверхности удовлетворяет технологическим требованиям к качественной сварке подобных изделий. Использование предлагаемого способа ВЧ-сварки обеспечивает по сравнению с известными способами нагрев со стороны, обратной привариваемому ребру, позволяет разместить дополнительн ьй нагреватель для предварительного подогрева поверхности в непосредственной близости от участка пропускания сварочного тока и совместить во времени зти участки. При этом исключается необходимдсть изгиба поверхности, необходимого при сварке профилей по известным способам сварки для размещения в зазоре между свариваемыми элементами устройств дополнительного подогрева. Это позволяет сваривать профили, имеющие толщину поверхности в 2,5-3 раза большую максимальной толщины поверхностей, свариваемых известными способами. Повьппается эффективность процесса сварки за счет выбора минимально возможной длины участка выравнивания дополнительного подогрева и связанного с этим сокращения отсоса тепла в периферийные области поверхности. Кроме того, исключается необходимость размещения устройств дополнительного подогрева в зазоре между свариваемыми элементами, что позволяет проводить сварку с меньшим по сравнению с известными способами сварки углом схождения. В результате повьшение эффективности процесса сварки достигает 10-15%. Кроме того, повышается качество сварки за счет выравнивания температур нагрева кромок свариваемых элементов, достигаемое за счет-применения для дополнительного подогрева поверхности независимого источника питания и уменьшения угла схождения кромок. Применение предлагаемого способа позволяет достичь абсолютного выравнивания температуры свариваемых поверхностей.

СПОСОБ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ ИЗДЕЛИЙ ТИПА ПОВЕРХНОСТЬРЕБРО, преимущественно толстостенных. заключающийся в пропускании тока высокой частоты по свариваемым поверхностям изделий и дополнительном подогреве поверхности с последуюпртм обжатием, отличающийся тем, что, с целью расимрения сортамента свариваемых изделий и повышения эффективности процесса сварки, дополнительный нагрев поверхности производят со стороны, обратной привариваемому ребру, при этом участок дополнительного нагрева располагают на расстоянии f от точки сварки, которое выбирают из соотношения (&-& г 01 F где г - критерий Фурье, F 0,05-0,25 скорость сварки, м/мин; Vтолщина поверхности. dм: глубина проникновения тока Лстороннего источника, м; коэффициент температуропроаводности, .

К сборовHOfiy истопнику в

,