Способ индукционного нагрева перед сваркой давлением плоских деталей из разнородных материалов Советский патент 1992 года по МПК B23K13/00 B23K20/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электротермии.

Известен способ косвенного кондуктив- ного нагрева для диффузионной сварки деталей, заключающийся в совместном использовании индукционного нагревателя и нагревателя сопротивления. Этот способ обеспечивает равномерный нагрев, однако он инерционен, так как нагрев осуществляется, за счет теплопередачи. Кроме того, КПД данного способа невысок, поскольку происходит нагрев подового нагревателя. Устройствб для осуществления данного способа сложно и громоздко.

Известен способ высокочастотной сварки полосовых материалов, заключающийся в предварительном выборе высот свариваемых полос с последующей высокочастотной

контактной сваркой. Выбор высот свариваемых полос производят в зависимости от удельной энтальпии, удельного электросопротивления и коэффициента температуропроводности каждого из элементов биметалла. Данный способ позволяет получать качественные биметаллические материалы за счет создания необходимого тепловложения в каждый компонент биметалла.

Однако данный способ имеет не достаточно высокий КПД ввиду нерегулируемости воздействующего напряжения.

Целью изобретения является повышение КПД способа.

Поставленная цель достигается способом индукционного нагрева перед сваркой давлением плоских деталей из разнородных материалов, при котором детали у клады ваел

ют одну на другую и воздействуют на них электромагнитным полем индуктора причем воздействуют со стороны детали, имеющей большее удельное сопротивление. Кроме того, частоту тока индуктора выбирают из условия получения глубины проникновения электромагнитного поля больше, чем толщина детали с большим удельным сопротивлением. В целях более удобного проведения способа нагреваемые детали устанавливают над индуктором.

На чертеже представлено схематическое изображение реализации предлагаемого способа.

На чертеже обозначены: металлическая деталь 1, материал которой имеет более высокое удельное сопротивление, вторая металлическая деталь 2 или тепло- распределитель, индуктор 3 и источник 4 питания регулируемой частоты. Перед сваркой детали 1 и 2 совмещают, располагают над индуктором 3, как бы надевая их на индуктор, обмотки индуктора 3 подключены к регулируемому источнику 4 питания.

Способ реализуется следующим образом.

Для металлической детали 1 вычисляют частоту f по формуле

Л SOSVp/ f

П)

где Л- глубина проникновения электромагнитного поля (должна быть более d -толщины металлической детали);

f - частота электромагнитного воздействия;

р - удельное сопротивление материала детали 1;

/и - относительная магнитная проницаемость материала детали 1.

Совместив детали 1 и 2, вводят их в зону электромагнитного поля индуктора 3, задают расчетную величину частоты электромагнитного поля.

Способ реализован в технологическом процессе изготовления кухонной посуды с теплораспределителем, так называемой посуды с непрогорающим дном. Кастрюлю изготавливают из стали 1Х18Н10Т с толщиной стенок и дна 1 мм, теплораспределитель изготавливают из алюминия ДД-1 с толщиной 10 мм. Частота электромагнитного поля рассчитывалась по формуле (1) и выбрана 6 кГц из условия достаточности проникновения поля в алюминиевый распределитель. При этой частоте и выше глубина проникновения электромагнитного поля превышает толщину стенок кастрюли и происходит разогрев теплорасп- ределите ля 2. При этом деталь 1 не оказывает экранирующего воздействия для второй детали. Для выбранной пары материалов AI и сталь оптимальная температура сварки составляет 610° С. При меньших температурах не происходит сварки, при больших - материал теплораспределителя течет. Таким образом, необходимо нагревать обе детали до С за одно и то же время. Исходя из этого, найдена оптимальная частота электромагнитного поля, при которой разогрев обеих деталей достаточен для сварки. По предлагаемому способу затрат на разогрев (предварительную подготовку) не требуется, нагрев производится

местно в течение 20с с установкой мощностью 40 кВт. Затраты электроэнергии на 1 единицу составляют 0,22 кВт/ч. На печи мощностью 50 кВт по существующей технологии греют 40 единиц до температуры 610° С в

течение 20 мин. Затраты электроэнергии на нагрев всей установки до заданной температуры в течение 4 ч составляют 200 кВт/ч. Затраты на нагрев 1 единицы 0,42 кВт/ч без учета затрат на разогрев всей установки

до заданной температуры. Экономия электроэнергии на 1 единицу изделия составляет 0,20 кВт/ч. С учетом выпуска продукции 0,5 млн. штук в год экономия составит 100 тыс. кВт/ч.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет повысить производительность труда, увеличить выпуск изделий, так как установка компактна, позволяет разместить на существующих площадях несколько таких установок. КПД способа повышается ввиду непосредственного нагрева изделия без промежуточного нагрева теплопереда- ющих элементов, при этом не происходит рассеивания тепла в окружающую среду. Устройство для реализации способа не требует устройств подвода и отвода индуктора или детали, взаимное расположение деталей фиксируется до нагрева и не изменяется в последующем.

Формула изобретения

1.Способ индукционного нагрева перед сваркой давлением плоских деталей из разнородных материалов, при котором детали укладывают одну на другую и воздействуют на них электромагнитным полем индуктора, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, электромагнитным полем

воздействуют на свариваемые детали со стороны детали, имеющей большее удельное сопротивление.

2.Способ поп, 1,отличающийся тем, что частоту тока индуктора выбирают из условия получения глубины проникновения электромагнитного поля больше, чем толщина детали с большим удельным сопротивлением.

3. Способ по п. 1,отличающийся тем, что нагреваемые детали устанавливают над индуктором.

Использование: электротермия для повышения КПД индукционного нагрева перед сваркой давлением плоских деталей из разнородных материалов. Сущность изобретения: перед сваркой детали укладывают одну на другую и воздействуют на них электромагнитным полем индуктора со стороны детали, имеющей большее удельное сопротивление. Частоту тока индуктора выбирают из условия получения глубины проникновения электромагнитного поля больше, чем толщина детали с большим удельным сопротивлением. Нагреваемые детали устанавливают над индуктором, 2 з.п.ф-лы, 1 ил.