Способ высокочастотной сварки труб

 

о и и с — А=у)-р-, ИЗОБРЕТЕНИЯ (11) 599940

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.05.76 (21) 2354098/25-27 с присоединением заявки № (51) М. Кл.а В 23К 13/00

В 21С 37/08

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621.791.77 (088.8) (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 05.04.78 (72) Авторы изобретения

В. Г. Болтин, В. Е. Злотин, А. Р. Казаков, И. В. Лунин, В. И. Червинский и А. Г. Шварцман (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВЫСОКОЧАС1.ОТНОй СВА1 КИ Т1 УБ

Государственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области производства электросварных труб, преимущественно малого и среднего диаметров, методом высокочастотной сварки.

Известны способы высокочастотной сварки труб, основанные иа сведении под острым углом сВариВаемых кромок Tp) ÎíoÉ заготоВки, подведении высокочастотного тока к разведенным концам кромок и последующем обжатии разогретых кромок (1).

1эазличие известных способов заключается в подводе высокочастотного тока. При подведении тока с помощью скользящих контактов часть подведенного тока протекает вдоль свариваемых кромок, замыкаясь через точку их осаждения. Часть тока замыкается по внутренней и наружной поверхностям трубной заготовки, минуя кромки заготовки. При сварке труб малого и среднего диаметров используют преимущественно индукционный подвод тока с помощью охватывающего ипдуктора. При этом ток, индуцированный в трубной заготовке, протекает по ее наружной поверхности под индуктором. У щели, образованной кромками заготовки, ток разветвляется по двум направлениям. Одна часть тока протекает по кромкам, замыкаясь через точку схождения, другая часть тока замыкается по внутренней поверхности заготовки, минуя кромки.

Ток, замыкающийся по телу трубной заготовки помимо кромок, обуславливает потери энергии на бесполезный нагрев металла заготовки. Тем самым сгп1жается производительность высокочастотной сварки. В ряде случа5 ев, например при сварке тонкостенных труб малого диаметра, доля энергии, вызывающей разогрев тела заготовки, столь велика, что температура заготовки возрастает до преде7оВ, при которых металл заготовки теряет уп10 ругие свойства, что существенно затрудняет получение сварного соединения, а иногда делает высокочастотную сварку невыполнимой.

Известны способы сварки, при которых снижают потсри энерпш иа нагрев тела заго15 товки, Для этого Во вн>трсииюю полость трубной заготовки под кромки вводят сердечник из ферромагнитного материала в виде стержней.

I1ðè этом увеличивается индуктивное сопро20 тивлеиие протеканию тока по внутренней поверхности заготовки.

Из известных способов по технической сущности наиболее близок предлагаемому способ высокочастотной сварки труб, при котором

25 кромки предварительно сформованной трубной заготовки сводят под острым углом, к разВеденным концаз1 кром01 подводят ток Высокой частоты, внутрь трубной заготовки под кромки вводят ферромагнитный материал, 30 кромки разогревают до сварочной темпсрату599940 ры и обжимают. Доля тока, замыкающегося по внутренней поверхности заготовки, невелика благодаря наличию феррита (2).

Ферритный стержень разогревается за счет потерь на вихревые токи и гистерезис, поэтому стержень непрерывно охлаждают водой, омывающей его поверхность. Для прохода воды необходимы каналы внутри стержня, а также зазор между наружной поверхностью стержня и стенкой трубной заготовки. Кроме того, материал стержня хрупок, поэтому недопустимо касание стержня и стенок заготовки.

Вследствие хру пкостн материала ферритных стержней невозможно применение стержней диаметром менее 3 — 5 мм.

Таким образом, недостаток известного способа состоит в том, что качество сварного соединения снижается вследствие остановок сварки при поломке ферритного стержня, а также из-за наличия значительного зазора между ферромагнитным сердечником и стенкой трубнои заготовки. Зазор снижает индуктивное сопротивление протеканию тока по внутренней поверхности заготовки. Необходимая величина зазора составляет 2 — 5 мм.

Кроме того, область применения известного способа ограничена, способ не может быть реализован при сварке труб диаметром порядка пескo;Iü| .I!õ миллиметров.

Целью изобретения является улучшеш|е качества сварного соединения и повышение производительности при сварке труб малого и среднего диаметров.

11оставленная цель достигается тем, что в качестве ферромагнитного материала используют суснепзию частиц твердого ферромагнетика в жидкости, например в воде, Оуспензию подают во внутреннюю полость трубной заготовки под свариваемыс кромки одновременно с разогревом кромок. Размер частиц твердого ферромагнетика при непрерывной циркуляции суспензии, как показала опытная проверка, должен быть не более

60 — b0 мк. Уменьшение размера частиц улучшает стойкость суспензии, однако изготовление порошка ферромагнетика при этом несколько осложняется.

11редлагаемый способ иллюстрируется чертежом.

Кромки 1 трубной заготовки 2 сближают так, что между ними образуется клиновидная щель. К разомкнутым кромкам 1 на некотором расстоянии от точки схождения 3 подводят высокочастотный ток, например с помощью охватывающего индуктора 4. Ток протекает по кромкам 1, замыкается через точку схождения 3 и нагревает кромки до сварочной температуры. Разогретые кромки сжимают и получают сварное соединение. Одновременно с «агревом кромок во внутреннюю полость трубной заготовки 2 подают суспензию 5 частиц твердого ферромагнетика в жидкости — носителе, например в воде. Суспензия заполняет внутреннюю полость заготовки 2, При этом индуктивное сопротивление протеканию тока д

ЗО

Зб

I3 3

Я по внутренней поверхности трубной заготовки увеличивается, доля тока, разогревающего внутреннюю поверхность заготовки, уменьшается. Значительно уменьшаются потери энергии на разогрев тела трубной заготовки. Этот эффект проявляется тем сильнее, чем меньше диаметр свариваемой трубы.

Так как внутри трубы отсутствуют твердые хрупкие элементы, то исключена причина аварииных остановок сварки, не треоуется остановок для смены поврежденных ферритных стержней, что существенно улучшает качество сварного соединения. 1 ак как суспензия может быть подана внутрь полости трубной заготовки, имеющей весьма малые размеры, то предлагаемый способ может быть применен при сварке труб У|алого диаметра, исключающего возможность размещения внутри заготовки ферритного стержня.

|ем самым достигается улучшение качества сварного соединения и повышается производительность сварки.

11р и м е р, Экспериментальное опробование предлагаемого решения на действующем трубоэлектросварочном агрегате требует трудоемкой подготовительной работы и сопряжено с длительными простоями дорогостоящего оборудования. 11оэтому проверка эффективности предлагаемого способа производилась на физической модели, адекватность которой подтверждена опытом многолетних исследований в области высокочастотной сварки.

Модель представляет собой медную трубу с -образной щелью. Для пропускания суспензии по трубе внутри последней была создана герметичная полость. Ток частотой 440 кГц подводился к кромкам с помощью охватывающего индуктора. В полость модели вводили суспензию порошка феррита в воде. Размер зерен феррита составлял b2 мк. Соотношени!. весовых частей порошка феррита и воды и:менялось в серии опытов от 0,2 до 0,33.

В качестве показателя, характеризующег< величину тока в кромках, была принята вел|. чина магнитного потока, выходящего из щелк между кромками модели. Величина потока определялась по значению электродвижущей силы (ЭД(.), наведенной в витках измерительной катушки, охватывающей щель между кромками модели.

Увеличение магнитного потока при постоянном напряжении на индукторе свидетельствует об энергетически более выгодном режиме сварки. Этот режим обеспечивается благодаря снижению шунтирующего тока, проходящего по внутренней поверхности трубы.

Относительное изменение магнитного потока при наличии магнитопровода и без него оценивалось путем измерения ЭДС с помощью катушки, охватывающей щель трубы на участке нагрева.

Данные эксперимента показали, что величина магнитного потока, проходящего между кромками, при использовании суспензии фер599940

Составитель Э. Ветрова

Техред И. Михайлова

Редактор С. Макагон

Корректоры: О. Тюрина и Л. Брахнина

Заказ 269, 2

Изд. Хв 336 Тираж 1263

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2 ром агнетика значительно больше, чем при отсутствии магнитопровода внутри заготовки.

Величина магнитного потока увеличивается с повышением концентрации ферромагнетика в суспензии и при весовом соотношении 1: 3 несколько превышает значения величины потока, полученные при использовании магнитопровода из ферритовых стержней.

Эксперименты показали, что энергетически предлагаемый способ сварки с использованием суспензии ферромагнетика не менее эффективен, чем известный способ сварки с использованием ферритных стержней.

Экономический эффект, ожидаемый от использования предлагаемого способа сварки, составляет 200 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Способ высокочастотной сварки труб, при котором кромки предварительно сформован6 ной трубной заготовки сводят под острым углом, к разведенным концам кромок подводят ток высокой частоты, внутрь трубной заготовки под кромки вводят ферромагнитный мате5 риал, кромки разогревают до сварочной температуры и обжимают, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества и повышения производительности процесса при сварке труб малого и среднего диаметров, в качестве

10 ферромагнитного материала используют суспензию частиц твердого ферромагнетика в жидкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Глуханов Н. П. и др. Сварка металлов при высокочастотном нагреве. M.-Л., Машгиз, 1962, с. 123.

20 2. Там же, с. 157.