Способ высокочастотной сварки изделий типа "поверхность- ребро

 

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 , .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

984 А аю (и) OllH0AHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТЪЙ (21) 3554438/25-27 (22) 22.02.83 (46) 15.08.84. Бюл. N - 30 (72) Г.В.Будкин, В.Е.Злотин и К.П.Филиппов (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и тех.;нологический институт токов высокой частоты им. В.П.Вологдина (53) 621.791.77(088.8) (56) 1. Патент США У 3513284, кл. 219-102, 1967.

2. Hubbard С.N. High freguency

resistance welding nf structural

chapes.-"IEEE. Conf Rec. Ilth Binnial JEEE Conf. Elec. Prosecc

Heat. Ind. Clivland, Ohio, 1973. New

Jork, NY, 1973, р. 97-110.

3. Патент США Ф 3610869, кл. 219-107, 1971 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ

СВАРКИ ИЗДЕЛИЙ ТИПА "ПОВЕРХНОСТЬРЕБРО", преимущественно толстостенных, g g В 23 К 13/00; В 23 К 31/08 заключающийся в пропускании тока высокой частоты по свариваемым поверхностям изделий и дополнительном подогреse "поверхности" с последующим обжатием, отличающийся тем, что, с целью расширения 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 от точки сварки, которое выбирают из соотношения

„„йу где F — критерий Фурье, F =0,05-0,25, Ч вЂ” скорость сварки, м/мин; — толщина "поверхности", м; С

Л вЂ” глубина проникновения тока стороннего источника, м;

- коэффициент температуропроводности, м /с.

1107984 место непровары.

Изобретение относится к высокочастотной сварке и может быть использовано при,производстве преимущественно толстостенных профилей типа поверхность-ребро".

Известен способ высокочастотной сварки изделий, имеющих неравномерные условия нагрева и охлажд -ния свариваемых элементов типа поверхностьребро". Этот способ заключается в 10 пропускании тока высокой частоты по свариваемым поверхностям изделий, дополнительном локальном нагрева "поверхности" с помощью токонесущего элемента — концентратора, который 15 ликвидирует недогрев "поверхности и последующем сдавливании свариваемых элементов. Концентратор, производящий дополнительный локальный нагрев, размещают в зазоре между свариваемыми 20 элементами 513 °

Однако при сварке толстостенных элементов невозможно обеспечить изгиб "поверхности", необходимый для размещения в зазоре между элементами концентратора тока.

Известен также способ высокочастотной сварки изделий типа поверхностьребро", заключающийся в подведении тока высокой частоты к свариваемым элементам на разном расстоянии от

30 точки их схождения и сдавливании разогретых поверхностей.

Такой подвод тока обеспечивает более продолжительный нагрев "поверхности" и частичное выравнивание тем- 35 ператур на элементах. Изгиб "поверхности" при этом может быть минимальным (2 ).

Однако известный способ не обеспечивает качественной сварки, так как в этом случае ширина зоны интенсивI1 ного нагрева на поверхности принципиально не может быть шире толщины

"ребра", а тепловой поток в теле заготовки приводит к подтуживанию на45 греваемой зоны на краях. В результате на углах сварного соединения при таком способе сварки всегда имеют

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ высокочастотной сварки, заключающийся в пропускании тока высокой частоты по свариваемым поверх- 55 ностям изделий и дополнительном нагреве "поверхности" с последующим обжатием. Устройство для предварительного нагрева размещают между свариваемыми элементами (Зg.

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 (предварительный нагрев в этом случае предполагает существенный перегрев "поверхности" с учетом последующего ее подстуживания при перемещении к зоне сварки) .

Целью изобретения является расшиI рение сортамента свариваемых изделий и повышение эффективности процесса сварки.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в пропускании тока высокой частоты по свариваемым 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 1 от точки сварки, которое выбирают из соотношения:

3 „Fv (d-Д)2, где F — критерий Фурье, F =0,05-0,25;

Ч вЂ” скорость сварки, м/мин;

d — толщина "поверхности, м, и — глубина проникновения тока стороннего источника, м, a — коэффициент температуропроводности, м /с.

Нагрев со стороны, обратной привариваемому "ребру", позволяет разместить нагреватель в непосредственной близости от участка пропускания сварочного тока (или даже совместить во времени эти участки нагрева). При этом не требуется значительного изгиба "поверхности" и поэтому могут свариваться профили,.имеющие большую толщину "поверхности" (в "-3Ä5 раза

11 II превышающую толщину поверхности з 1107 профиля, свариваемого в соответствии с известными способами) .

Дополнительный нагрев производится нагревателем минимально возможной длины, которая определяется возможностью передать в нагреваемую поверх5 ность необходимую мощность без повреждения обращенной к нему поверхности.

Возникающий при этом перепад температур по сечению "поверхности" выравни- 10 вается на длине В от нагревателя до точки сварки .Наличие участка выравнивания температуры позволяет получить высокие энергетические характеристики процесса за счет локализации

15 энергии, позволяющей сократить отсос тепла в периферийные области "поверхности

Указанная зависимость длины участка выравнивания температур определя20 ет связь теплофизических параметров материала свариваемых изделий, скорость сварки и условия выделения энергии.

При значениях глубины проникновения, близких или равных толщине d "поверхности", правая часть указанной зависимости превращается в ноль. Однако совместить момент окончания дополнительного нагрева "поверхности"

30 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 "поз5 верхности" в точке сварки.

На чертеже показана схема реализации предлагаемого способа сварки толстостенного профиля.

Схема включает в себя сварочные 40 токоподводы 1, "поверхность" профиля 2, "ребро" профиля 3, нагреватель

4 дополнительного нагрева "поверхности".

Ток высокой частоты от сварочного 45 источника питания подводят с помощью токоподводов I к свариваемой "поверхности" 2 и "ребру" 3, которые сводят под небольшим углом друг к другу.

Предварительно с помощью индукци- 50 онного нагревателя 4, установленного с внешней стороны "поверхности" 2, производят дополнительный нагрев "поверхности" 2. На участке происходит выравнивание температуры по сечению 55

"поверхности" за время перемещения заготовки к точке схождения. В результате к моменту схождения заготовок

984 4 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 критериЪм Фурье F который выбран в пределах 0,05-0,25, что определяет теплоперепад по толщине "поверхности" от 45,при F =0,05 до 27 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.

Пример. По предлагаемому способу проводилась высокочастотная сварка таврового профиля следующей геометрии: ширина "ребра" О, l8 м, ширина "поверхности" 0,16 м, толщина

"ребра" 0,006 м, толщина "поверхнос31л ти 0,01 м,материал заготовок — сталь

08КП..Угол схождения свариваемых элементов 3 град, длина зоны нагрева сварочным током 0,09.

Длина (() участка выравнивания температуры была вычислена следующим образом:

1=0 25 0 3

6,25 10 6

Длина индукционного нагревателя

0,2 м, температура предварительного нагрева "поверхности 750 С, ширина эоны 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

110798

А С5а счнелу истсинцку 89

ВНИИПИ . Заказ 5818/12 ТиРаж 1037 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

"поверхность" равнялась 2,5 мм, что для данной толщины поверхности удовлетворяет технологическим требованиям к качественной сварке подобных изделий. 5

Использование предлагаемого спосо" ба 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 сов" местить во времени эти участки. При этом исключается необходимость 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.

Повышается 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 повышение эффективности процесса сварки достигает

10-157.

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.