Способ высокочастотной сварки

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН д11 4 В 23 К 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

М,, р -,„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / Ыф, К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ - (21) 4099189/24-27 (22) 20.06.86 (46) 30.04.88. Бюл. № 16 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт токов высокой частоты им. В. П. Вологдина и Всесоюзный научноисследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (72) В. Е. Злотин, И. В. Лунин, В. Я. Берент, Ф. Г. Свидовский, А. P. Казаков и А. В. Сучкоусов (53) 621.791.77 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 694323, кл. В 23 К 13/00, 1976.

ÄÄSUÄÄ 1391833 А 4 (54) СПОСОБ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ

СВАРКИ (57) Изобретение относится к высокочастотной сварке полосовых материалов и может быть использовано при производстве биметаллических контактных проводов, коллекторных пластин, шин. Целью изобретения является обеспечение возможности качественного получения биметаллических полосовых материалов за счет создания необходимого тепловложения в каждый компонсHT биметалла. Способ высокочастотной сварки полосовых материалов заключается 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 тем пературопроводности каждого из элементов биметалла. Способ позволяет заменить медные контактные провода на биметаллические. что обеспечивает более длительный срок их сл)жбы. 2 табл.

1391833 с l ° р 2 2 (1) где / — ток в полосе;

l — длина нагреваемой полосы; р — удельное электросопротивление; 30

L(I. — удельная объемная энтальпия;

V — скорость сварки;

h — высота полосы; — глубина распределения внутренних источников мощности.

Из (1) можно получить p 1 (2)

L((n. V (.(, С учетом различной скорости изменения температурного поля, которая характеризует- 40 ся критерием гомохронности (Фурье) а.1 — Fo= —,— (3)

g . V где а — коэффициент температуропроводности 3, 45 отношение высоты свариваемых полос записывается в виде Г, pi а

,— Кч ( р .ai где йьд — высоты полос компонент биметал- 50 ла;

К вЂ” технологический коэффициент, установленный экспериментально и учитывающий неравномерность нагрева, обусловленную особенностью распределения плотности тока по высоте полос (различен в условиях пластической деформации

35 (4) (1

Изобретение относится к высокочастотной сварке и может быть использовано при изготовлении биметаллических заготовок для последующего получения контактных

: проводов, коллекторных пластин и т. п.

Целью изобретения является повышение 5 качества сварки при изготовлении биметаллических заготовок из полос.

При изготовлении биметаллов (сталь— медь, сталь — алюминий) из-за резкого различия теплофизических и электрофизических свойств компонент величины необходимой ! энергии для их нагрева и оплавления су1 щественно отличаются друг от друга, а так как при высокочастотной сварке нагрев обеих компонент производится одним и тем же током одной и той же частоты, то вы- 15 деления необходимой энергии в каждой из компонент можно добиться лишь подбором нагреваемого в единицу времени объема металла.

Необходимый объем нагреваемого металла при сварке биметаллических полос согласно изобретению получают путем подбора ( высоты исходных полос.

Необходимое тепловложение в металл определяется согласно критерию Кутателадзе 25

2 элементов), и неизбежные различия нагрева и охлаждения разнородных металлов.

Известно, что в возможных сочетаниях биметалла его составляющие (элементы) могут сильно отличаться друг от друга по своим тепло- и электрофизическим свойствам.

Значения -, pep, а и Т.. для наиболее используемых элементов биметалла, приведены в табл. 1.

При использовании для контактной высокочастотной сварки биметаллических полос известного способа высота одной должна превышать высоту другой в 4 раза, т. е.

h — 4 (5)

) г

Согласно (4) и табл. 1 для получения качественного сварного соединения при сочетании крайних значений свойств элементов биметалла это отношение принимает следующие величины: для композиции сталь — медь

К 14; для композиции сталь — алюминий

К 6; для композиции медь — алюминий КХ

Х0,5

Численные значения коэффициента К, полученные в результате обработки экспериметальных данных, лежат в пределах К=

=0,8 — 1,5 и охватывают все возможные значения при самых различных комбинациях элементов биметалла. Несоблюдение полученных соотношений нарушает требования и условия необходимого тепловложения и ведет к перегреву одного из элементов и к недогреву другого элемента, что является источником образования непроваров, пережогов, строчечности и т. и., т. е. ухудшает качество сварного соединения.

Опыт исследований показал, что для биметаллов, тепло- и электрофизические свой ства которых близки (медь — алюминий, медь — бронза), значения коэффициента К лежат в пределах 0,8 — 1,2, а для биметаллов с резко отличающимися свойствами (сталь— медь, сталь — алюминий) значения коэффициента К составляют 1,1 — 1,5.

Предлагаемый способ гарантирует достижение качественного сварного соединения, так как выбор высот и расположение свариваемых элементов позволяет обеспечить необходимую степень тепловложения в каждую компоненту в зависимости от соотношений энтальпий, удельных электросопротивлений и коэффициентов температуропроводностей. Соответствие между высотами определяется из критериев Кутателадзе, Фурье и экспериментального технологического коэффициента К, значения которого лежат в пределах 0,8 — 1,5.

Для достижения температуры плавления каждого из элементов биметалла, т. е. реализации качественного сварного соединения, полосы предварительно подготавливают к технологическому процессу, для чего рассчи1391833

3 тывают высоту полос в соответствии с необходимым тепловложением в каждый элемент и нарезают их.

Такие полосы подаются в сварочную машину и поступают на оппозитные сварочные валки. С помощью контактов, установленных на полосах, производится нагрев элементов биметалла до заданной температуры сварки (температура плавления) и осадка, в результате чего образуется сварное соединение.

Биметаллический полуфабрикат поступает 1 0 в холодильник, гратосниматель и наматывается на барабан приемного устройства.

Пример 1. На лабораторном стенде, разработанном специально для реализации процесса высокочастотной контактной сварки биметаллических полосовых изделий, проводилась сварка 5 образцов медь— алюминий.

Для каждого свариваемого образца высота алюминиевой полосы (hq) выбиралась постоянной (0,3 см), а высота медной полосы 20

IAI) выбиралась в соответствии с формулой здесь индекс «1» относится к медной полосе, индекс «2» — к алюминиевои, а значения

25 коэффициента К устанавливались в интервале 0,3 — 2.

Скорость сварки была выбрана равной

100 см/с и оставалась постоянной в ходе эксперимента. Источник питания — ламповый генератор мощностью 500 кВт, частота

440 кГц. Полосы задавались в стенд, контактным способом подводился сварочный ток к ним, осуществлялся нагрев полос, их осадка и сварка. Во всех экспериментах доводили компоненту с меньшей температурой плавления (в данном случае алюминий) до оплавления. UK=220 В поддерживался во всех опытах постоянным. Каждый опыт повторялся 5 раз, т. е. общее количество опытов 25.

Пример 2. Проводилась сварка 5 образцов полос бронза — медь. Высота каждого образца медной полосы (h>) выбиралась постоянной 0,3 см, а высота образцов из бронзовой полосы устанавливалась в соответствии с соотношением, приведенным в 45 примере 1. Uê=280 В. Все остальные условия экспериментальных сварок оставались аналогичными примеру 1.

Для контроля качества сварного соединения применялись традиционные методы разрушаемого контроля, а также металлографический анализ и визуальный осмотр.

По результатам испытания образцов выносилась общая качественная оценка сварного соединения.

Результаты экспериментов сведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, качественные сварные соединения, отвечающие техническим требованиям, удается получить тогда и только тогда, когда значение технологического коэффициента К лежит в пределах 0,8 — 1,5.

Во всех контрольных опытах, когда К принимает значение вне указанного интервала, качество сварки было неудовлетворительное.

Использование предлагаемого способа сварки биметаллических полос позволяет заменить медные контактные провода, применяемые на электрофицированных железных дорогах, на биметаллические (медь— бронза) контактные провода, что обеспечивает более длительный срок их службы.

Кроме того, предлагаемый способ качественной сварки биметаллических полос позволяет использовать полуфабрикаты при производстве биметаллических проводов, коллекторных пластин, шин и т. и.

Формула изобретения

Способ высокочастотной сварки элементов с различными теплофизическими свойствами, при котором обеспечивают необходимую степень тепловложения в каждый из свариваемых элементов, отличающийся тем, .то, с целью повышения качества сварки при изготовлении биметаллических заготовок из полос, необходимую степень тепловложения обеспечивают тем, что предварительно выбирают высоты свариваемых полос в соответствии с соотношением — = (0,8 — 1,5)

1 1 < пл Дй.сЕ мв т где h, hq — высоты свариваемых полос, см;, 4 — удельная энтальпия каждого металла, кал/см"; р1, р, — удельное электросопротивление каждого металла, Ом см 10";

ai, а2 — коэффициенты температуропроводимости каждого металла, см/с .

1391833

Таблица 1 па кал/см т

"-пл з

Компоненты

«1

Ом см 10 см/с оC

0,058 1450

1,2 1080

1572

105

Сталь

933

Медь

406

660

0,87

Алюминий

1050

1,02

1240

Бронза

Т а блица 2

N К h,, Ь, 1», V, U, Характеристи- Оценка Композисм см см см/с В ка нагрева качест- ция ва

0,3 0,05 0,3

3 100 220

Неудовлетворительное

Чрезмерное оплавление меди. Потеря бримельной устойчивости полос

Оплавление обеих компо1 — 2

0801203

3 100 220

Хорошее нент

То же

1 — 3

1 0 0 15 0 3

1,5 0,23 0,3

3 100 220

3 100 ?20

Медьалюминий

То же

1 — 4

УдовлетворительЧастичный недогрев меДИ

Недогрев меное

Неудов2,0 0,3

0,3

3 100 220

1-5 летвориди наплавка алюминия

Перегрев бронзы,раз— рывы заготовки

Местное превышение Т.пл. бронзы

Устойчивое тельное

То же

2-1

0,3 0,1

0,3

3 100 280

2-2

0,8 0,267 0,3

3 100 280

Удовлетворительное

Хорошее

2-3

1003503

3 100 280

Бронзамедь равномерное оплавление

Устойчивое

1,5 0,45 0,3

2 — 4

3 100 280

То же равномерное оплавление

Недогрев бронзы

2-5, 2,0 0,65 0,3

3 100 280

Неудовлетворительное

Составитель Э. Ветрова

Редактор М. Келемеш Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Заказ 1792/17 Тираж 921 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4