Устройство для высокочастотной сварки кромок трубной заготовки

 

,SU„„- 54 A

QO0S СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(39 В. 3 3 ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ в

Н ASTQIKHOINY. ОИИДЗГТЕЛЬСТВУ ч -а.ю-щ е.е: с. я. -тем,, что„,. -.с: целью упрсщення устройства и-экойомни энеР ,гии, злектродное устройство=выгкиже--:.,но в. виде двух coocao .установлеаных., злектродов,.подключенных: к:высоко--- частотйому--источнику ющульаоэ,высокого напряжения, при зтом-:ось елезсх-:, -родов. отстоит -от точки схождения,кра: .мок. иа .расстоянин не менее. дЭоййей: „ а ины кромки: трушиной. заготовки . и: не .бо-:.

-лее величины, ойределяемой из этаж®йнз ., маркс.. Сь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИаОБРЕТЕНИй И (3ТНРЫТИЙ (2l) . 3269116/25-27 (22) 09 ° 04.81 (46 ). 15.05..83: БрЛ ., -9,18 (72) В.В:.Ериклннцен g.È..Халамез, A,,C-,-Вогомолова, Б.P.Варменков,, а.С.Потанин,-A.È,Ìåèúùèêîâ,: В.A.Êóç- неЦов.,..и В Н КОковин : (71, уральский научно-исследователь:-: . ский цЮФтИтут.трубной.провзааленнос.-.:— (53) 621791. 77 (088" 8) (56) :- 1, — Хлуханов Н.П.;,Богданов В.Н..:

Сварка металлов при высокочастотном .наг вне. MÜ-Л., Иащгиэ,: 1962,. с 124- 126. . 2.:. Да- рент „- ОР7 «з, 120.6105, кл, 49 .h "l3/62, 1965 (прототип) . (54).57i .устуМЛЮ дМ::- МФ чжсотНОИ:СМУЕИ . КЗЧИ40К.- ФРУБНОИ: ЗАГОТОВКИ, содвржащ ьв .высокочастотный нагрева-. тель и электродное .ус фойство для: созданйя. ионизированного промежутка между свариваемйии кромками,- о т л.игде +- — скорость,сваркй:, мм/e," аТ вЂ” допустимое охлаждение -кре» -. . ® мок на участке- между,: злек- тродами и точкой схождения кромок, oC k

V0 "- скорость Охлвщения: металла кромок,нагретого до темпера туры сварки . С/с. Я

1017454

Изобретение относится к производству электросварных труб и может быть использовано на трубозлектросварочных станах.для улучшения. качества труб, экономии электроэнергии и упрощения. устройства. 5

Известно устройство, включающее высокочастотный нагреватель, подключенный.к:генератору тока высокой частоты, и ферритовый сердечник, расположенный виутри.трубной.заготов- 10 киГ1) .

Недостаток данного устройства заключается.в.том,,что ток, индуцированный в кромках. трубной заготовки, замыкается в.точке схождения кромок, по- 15 ложение которой s.ñâÿçê с колебаниями толщины и .ширины заготовки колеблет.ся, вследствие. чего изменяется длина очага нагрева, а значит и температура.кромок, что приводит к неравномер-20 ности. структуры, свойств сварного соединения, величины и формы внут- . реннего.грата. .Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту, к. изобретению яэляется устройство для высокочастотной сварки кромок трубной заготовки, содержащее высокочастотный нагреватель и электродное устройство для создания иониэированного промежутка между свариваемыми кромками ГЯ ° 30

ОднакЬ в известном устройстве использование для замыкания индуцированного тока электрической дуги приводит к перегреву. металла в точке замыкания тока из-за высокой. тепловой мощнос-! ч5 ти дуги. Кроме того, .дуга, возбужден-. ная между электродами, вследствие близости заготовки часто перекидывается на одну или другую кромки заготов- . ки и вызывает неравномерность нагрева, 40 приводящую к неравномерности структуры и свойств сварного шва, и формы, и величины внутреннего грата, а также подплавление наружной поверхности заготовки, что приводит к образованию подрезов. Все это в. конечном счете снижает качество труб.

На питание электрической дуги. рас-, ходуется мощность порядка 10 кВт, что приводит к повышению -расхода электро, энергии. При использовании источника 50 постоянного тока, включенного парал лельно генератору тока высокой частоты, необходима надежная защита источника, для чего последовательно с электродами включается дроссель, а параллельно — конденсатор, кроме того в прототипе дроссель вводится в цепь, соединяющую источник постоянного тока с цепью переменного тока.

Все это усложняет устройство, тем более что защитные устройства должны быть расположены как можно ближе к очагу сварки.

Целлвю данного изобретения является упрощение устройства и экономия электроэнергии. 65

Укаэанная цель достигается тем,что в устройстве, содержащем высокочастотный нагреватель и электродное устройство для создания иониэировайного промежутка между свариваемыми кромками, электродное устройство выполнено в виде двух соосно установленных электродов, подключенных к высокочастотному источнику импульсов высокого напряжения, при этом ось электродов отстоит от точки схождения кромок на расстоянии не: менее двойной толщины кромки и трубной заготовки и не более величины, определяемой из выражения

6 мокс

РХЛ где сав†максимальное расстояние от точки схождения до оси электродов, мму

Чс@ — скоРость сваРки тРубы, мм/сУ

Т40п — допустимое ОХа*дение кр мок на участке между элект родами и точкой схождения кромок, С

V „л — скорость охлаждения металла кромок, нагретого до тем-. пературы сварки, С/с.

Между электродами возбуждается вы сокочастотнцй искровой разряд, иони-: зирующий воздушный промежуток между кромками перед. точкой схождения. Тепловая мощность последнего значительно ниже мощности дуги, следовательно, предотвращается перегрев металла,неравномерность нагрева кромок и образование подрезов, стабилизируется нагрев кромок, а значит форма и ве личина внутреннего грата.

Мощность, потребляемая высокочастотным источником импульсов высокого напряжения, ниже, чем мощность источника постоянного тока. Для высокочастотного источника импульсов высокого напряжения не требуются. защитные устройства от тойа, протекающего в основной сварочной цепи, поэтому схема по сравнению с прототипом уйрошается.

На чертеже представлена принцини-. . альная схема предлагаемого устройства.

Устройство для индукционного нагрева кромок трубной заготовки со» держит индуктор l, подключенный х ге нератору тока высокой частоты 2, ферритовый сердечник 3, расположенный внутри трубной заготовки 4, высокочастотный источник импульсов высокого напряжения 5 и электроды б и 7, изолированные втулками 8 и 9.

Верхний электрод б закрепляется над трубной заготовкой перед точкой схождения кромок на расстоянии. не менее двойной толщины стенки свариваемой трубы. Положение точки схождения кромок определяется по известным зависимостям при максимально допустимых 1017454 значениях толщины и ширины заготовки. Нижний электрод 7 располагается под верхним на одной оси.

Через точку схождения кромок за- . готовки при отсутствии искусствен.ной перемычки происходит замыкание тока, Индуцируемого в кромках трубкой заготовки.В связи с тем, что положение точки схождения колеблется по длине заготовки относительно индуктора as- 10 за -колебаний:толщины заготовки, -ширины заготовки и биения валков, ко" . леблется,длина зоны нагрева кромок, овределяемая расстоянием от точки

-схождения кромок до индуктора,, 15

Это:в свою очередь. вызывает колебание электрического .сопротивления и температуры -нагрела металла в зоне . нагрева .кромок.

Описываемое устройство предназначено для.создания искусственной -пе-. ремычки .перед:точкой схождения кромок эа счет нонкэаций воздушного промежутка между кромкамк заготовки высокочастотным .разрядом, создаваемым между .электродами.

Искусственная йеремычка, через ко:торую замикается -ток, .индуцкруемый в кромках трубной заготовки, стабилизирует длину зомы нагрева, а значит и. температуру кромок. Для выполнения этой роли искусствеийая перемычка, положение которой определяется мес-, том установки электродов, должна всегда находиться перед реальной точкой схождения кромок заготов- 35 ки, поэтому критерием для определения щюнимального расстояния между точкой схождения кромок и-осью электродов яв.. ляется максимально возможное смещение точки схождения. . 4()

При этом расстояние между электро-. 0 дами и реальной точкой схождения колеблется,. однако это не влияет на нагрев кромок, ибо он определяется расстоянием от оси индуктора до точки 4 замыкания тока,т.е. до оск электродов.

Другим критерием дЛя выбора места установки электродов является макси- мально допустимое охлаждение кромок, нагретых до температуры сварки научастке между электродами и точкой схождения кромок. Этот критерий заложен в мезодику определення.максимального расстояния Х „от электродов до точки схождения кромок, где начинается осадка. нагретого металла 55 кромок (сварка): мОке= cs дт,® М Ом где 1., — максимальное расстояние от оси электродов до точки gg ехождения, мм; дения кромок, С;

U — скорость сварки, мм; дТ .„- допустимое охлаждение кромок на участке между электродами и точкой схождения кромок юс!.

Ч© — скорость охлаждениь металла кромок, нагретого.в месте установки электродов до температуры сварки, С/с .В качестве. примера расчета маКсимального расстояния от оси электро-. дов до точки схождения:можно рассмотреть случай сварки .труб нз мало-, углеродистой стали, из которой про-. изводится наибольший. объем труб:ме-. тодом высокочастотной сварки °

Для малоуглеродистой стали скорость охлаждения слоя, нагретого на глубину 1 мм до 1000 С, составляет

15000C/с.

Для случая нагрева металла.до температуры сварки 1300-150Î С скорость. охлаждения 2000 С/с. Колебание температуры сварки допускается обычно в пределах 50 С. При допущении снижения температуры кромок на участке между электродами и точкой схождения за счет охлаждения на .25ОС и скорости сварки труб 0,89-1,33 м/с (5080 м/мин) максимальное расстояние от оси электродов до точки схождения равно .соответственно 10-16 мм.

Угол схождения кромок .не превьааает 5, а чаще используется угол 1-2

Зазор между кромками в месте уста-. новки электродов на максимальном ðàñстоянии от точки схождения кромок (1бмм) при угле схождения 5 равен

1,4 мм, а при угле схождения кромок

2 - 0,54 мм.

Расстояние от электродов до поверхности заготовки должно быть равным.2 мм во избежание короткого замыкания и механического повреждения электродов.

Устройство работает следующим образом.

Заготовка 4, сформованная в клетях формовочного стана (на чертеже не показано), пропускается через кольцевой индуктор 1 и подается в шовосжимающую клеть 10.

Определяется положение точки схождения, затем на расстоянии 21 1 о„, где t — толщина стенки трубы(устанавливается и закрепляется вертикально верхний электрод) . Зазор между электродом и поверхностью заготовки

2 мм.

В наборку ферритового сердечника устанавливается нижний электрод 7 в

H3олирующей втулке 9 так,-чтобы электрод выступал над поверхностью ферритового кольца на высоту, равную а-2, где а - зазор между ферри-, товым кольцом и внутренней поверхi ностью трубй по действующему техпроцессу (обычно а=3-5 мм) .Поворачивая и перемещая ферритозый сердечник 3, устанавливают нижний электрод соосно. 1017454

Составитель Э.Ветрова ТехредМ.Гергель . "Корректор А.Ильин

Редактор М.Дылын

Заказ 3440/14 Тираж 1106

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретения и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

ФнлиЭл ППП Патент,.r. ужгород, ул. Проектная, 4 верхнему н закрепляют фeppитовый сеpp вaяяенной проводимости, обpaзyющнмнся дечник.С помощью специальных проводов при искровом разряде,выл, чем электподключают электроды к высокочас- ропроводимость металла н неиониэировантотному источнику импульсов высокого ного воздуха. напряжения 5. B качестве высокочастот- В предлагаемом устройстве искровой ного источника импульсов высокого на-. 5 разряд мощностью порядка 20 Вт не вцзыпряжения,может быть использован, на- вает дополнительного нагрева кромок И пример, осциллятор, питающийся от се- подплавления поверхности заготовки, ти напряжением 220 В (модель ОСПЗ-2М- .приводящего к образованию дефектов .1 и т.п) или повнаающий трансформатор, в виде подреэов, длина зоны нагрева подключенный к источнику тока высо- !О кромок., а значит и температура их на. кой частоты. Включают высокочастотный грева стабилизируется. При сварке обисточник импульсов высокого иапряже разуется внутренний грат стабильной ния. 5.Между электродами 6 и 7 воз- формы и небольшой величины (не боль@уждается высокочастотный искровой ше 0,5 мм), Следовательно, качество разряд, ионизнрующий воздушный про- 15 труб улучщается. межуток между кромками заготовки 4. . Электрическая мощность:, потребляеПадается напряжение на индуктор, мая на.создание.искрового разряда, в Результате в трубной заготовке ин-.: меньше, чем мощность, потребляемая на .дуцируется ток высокой частоты, эна- поддержание электрической дуги .(мощ-. чительная часть которого в силу щ ность источника питания постоянного поверхностного эффекта и эффекта тока 10 кВт, à мощность, потребляе» близости течет llo кромкам трубной - мая высокочастотным источником нм заготовки и замыкается через ионизи- пульсов высокого напряжения,20-200 Вт, рованный промежуток s зоне электро- . При этом расход электроэнергии дов 6 и 7. Кромки заготовки 4 иа- . только за 1 ч работы стана сокрагреваются, и"при сжатии валков шово- щается:по.сравнению с прототипом, направляющей клети производится свар- примерно на 9,8. кВт ч. Храме того, ;на. за счет- улучшения условий нагрева

При смещении точки схождения icpo- . кромок улучшается качество сварки,, мок.замыкаине тока в любом случае.про- умЕньщаетсЯ вьк:ота внутреннего граисходит через ионизированный промежу-Зо та, стабилизируется Его Форыа, что ток, так как электропроводность ионн- позволяет заменить в ряде отраслей .зированного промежутка с каналами по- .бесшовные .трубы на электроаварные.