Высокочастотная сварка металлов на первом этапе была внедрена в трубоэлектросварочное производство и производство оболочек кабеля. При высокочастотной сварке труб условия нагрева и теплопередачи на обеих свариваемых кромках одинаковы, и для получения равной температуры на кромках контакты и индуктор размещаются симметрично. На втором этапе высокочастотная сварка была применена для изготовления несимметричных систем (незамкнутого профиля, оребренных труб и т. д.).
Приводим краткий обзор процессов, в которых высокочастотная сварка до сих пор не нашла применения, но целесообразность ее использования очевидна. Все эти процессы характеризуются повышенной трудностью достижения оптимальной температуры на обоих изделиях, создания оборудования, решения организационных вопросов.
Сварка биметаллических полос.
Для изготовления ножовочных полотен и других изделий целесообразно использовать полосу, изготовленную из двух элементов, имеющих различные свойства. Часть полотна, на которой нарезаются зубья, должна быть изготовлена из твердой износоустойчивой стали. Вторую часть полотна можно выполнять из дешевой низкоуглеродной стали. Такую биметаллическую полосу можно сваривать т. в. ч. из двух полос различных сталей. Толщина полос должна быть одинаковой, а ширина может быть различной. Принципиальная схема высокочастотной сварки биметаллических полос представлена на рис. 113.
Полосы 1 я 2, подготовленные для высокочастотной сварки, протягиваются приводными валками 5 через шовосжимающую клеть, состоящую из шовосжимающих валков 3 и валков 4, удерживающих от смещения. Перед шовосжимающей клетью между полосами создается угол 2—7°. На расстоянии 20—100 мм на полосы устанавливаются контакты 6, которые подводят к полосам ток.
Интенсивность нагрева каждой из кромок регулируется за счет изменения положения контактов. Контакт на более широкой полосе должен быть установлен на большем расстоянии от места сварки. Разрабатывается также устройство для регулировки тока узкой полосы при постоянном токе широкой полосы.
Установки для сварки полос созданы и эксплуатируются в США. Ведутся работы по созданию технологии и оборудования для сварки биметаллических и триметаллических полос и в СССР. Кроме того, в СССР опытные установки для сварки полос используются в экспериментах с целью исследования свариваемости низколегированных и сложнолегированных сталей значительной толщины в случаях, когда организация эксперимента при сварке реального изделия затруднительна.
Изготовление биметаллической проволоки. В электротехнической и других отраслях промышленности используется большое количество биметаллической проволоки с различным сочетанием металлов: сталь и медь, сталь и алюминий, алюминий и медь и др. Для изготовления такой проволоки используется многократная прокатка биметаллической заготовки или напрессо — вание поверхностного слоя на движущуюся проволоку. Первый процесс очень сложен и трудоемок, второй позволяет изготовлять биметаллическую проволоку с поверхностным слоем из алюминия.
Применение высокочастотной сварки при изготовлении биметаллической проволоки представляется целесообразным. Принципиальная схема этого процесса во многом напоминает схему высокочастотной сварки оболочек кабеля. Проволока, предназначенная для сердечника, разматывается из бунта, и передний конец ее с помощью стыкосварочной машины приваривается к заднему концу проволоки предыдущего бунта. Для обеспечения непрерывности процесса определенное количество проволоки накапливается в петлевом устройстве. Затем проволока проходит через внутренний калибр валков формовочного устройства, сварочной машины, редукционного и калибровочного станов и наматывается на барабан с готовой продукцией.
Лента, служащая для изготовления наружной оболочки биметаллической проволоки, разматывается из рулона, стыкуется с лентой предыдущего рулона, проходит через петлевое устройство, создавая в нем необходимый запас для обеспечения непрерывности процесса, и поступает в формовочный стан. В формовочном стане лента сворачивается в трубную заготовку, как это делается на трубоэлектросварочных станах. При этом проволока, заправленная в агрегат, ранее оказывается внутри трубной заготовки. Затем трубная заготовка вместе с сердечником поступает в сварочную машину, где ее кромки нагреваются т. в. ч., сдавливаются с помощью валков и свариваются. Сваренная труба поступает в редукционный стан, где последовательно уменьшаются ее диаметр и толщина стенки. Скорость движения трубы все время нарастает и на выходе становится равной скорости движения проволоки. В калибровочном стане наружная труба плотно обжимается на внутренней проволоке.
Размеры свариваемой наружной трубы выбираются из условий рациональных режимов сварки и редуцирования. Наличие токопроводящего сердечника, расположенного внутри трубной заготовки, повышает ток шунтирования, замыкающийся по периметру внутри трубной заготовки. Кроме того, изменения положения проволоки внутри трубной заготовки могут приводить к колебаниям режима нагрева. Однако эти трудности носят непринципиальный характер и могут быть преодолены.
Непрерывная печная сварка труб с предварительным подогревом кромок токами высокой частоты. В трубной промышленности широко распространен способ производства труб на непрерывных станах печной сварки. Непрерывно движущаяся полоса в газовых печах нагревается по всей ширине до температуры 1350—1400° С, затем формуется в трубную заготовку и при обжатии кромок сваривается в трубу. Этот процесс характеризуется высокой производительностью (до 600 м/мин), низкими требованиями к качеству исходной полосы. Трубы, изготовленные на станах непрерывной печной сварки, имеют самую низкую себестоимость. Однако, ввиду того что полоса нагрета до высокой температуры на всю ширину, не представляется возможным обеспечить в стыке достаточное усилие осадки. Поэтому качество сварного соединения получается невысоким. Трубы используются только при низких давлениях. Кроме того, нагрев больших поверхностей до сварочной температуры приводит к значительным потерям металла на угар и окалину и требует больших затрат энергии.
Для изготовления труб печной сваркой можно нагревать т. в. ч. до высокой температуры только кромки заготовки. Весь остальной металл достаточно нагреть до 1000—1100° С, чтобы обеспечить формовку трубной заготовки на существующем оборудовании и редуцирование сваренной трубы.
Известны два варианта выполнения печной сварки труб с предварительным подогревом кромок.
1. Подогрев кромок полосы током частотой 2,5; 8 или 10 кГц на участке между печью и формовочным станом с помощью линейных индукторов.
2. Подогрев кромок трубной заготовки током частотой 8, 10 или 440 кГц на участке между формовочным станом и шовосжимающей клетью с помощью ^охватывающих индукторов.
Оба варианта опробованы: на Таганрогском металлургическом заводе — током частотой 10 кГц с линейными и охватывающими индукторами и на Челябинском трубопрокатном заводе — током частотой 440 кГц с охватывающим индуктором. Получены хорошие результаты. Однако процесс внедрения задерживается из-за трудности достижения устойчивости кромок и обеспечения достаточной работоспособности высокочастотного оборудования в условиях печных станов.
Дуговая сварка под слоем флюса с предварительным подогревом кромок токами высокой частоты. Дуговая сварка под слоем флюса металла большой толщины в настоящее время является по существу единственным способом производства труб большого диаметра, изготовления корпусов кораблей, емкостей и т. д.
Недостатком этого процесса является низкая скорость сварки и большой объем нагреваемого дугой металла кромок свариваемого изделия. Скорость сварки может быть существенно повышена, а объем нагреваемого металла снижен, если свариваемые кромки предварительно подогреть током частотой 8—10 или 440 кГц. Так, американская фирма «Корбайт» получила положительные результаты при дуговой сварке под слоем флюса металлических плит толщиной до 20 мм. Предварительный подогрев осуществлялся током частотой 500 кГц. Мощность лампового генератора составляла 280 кВт. Передача энергии к кромкам осуществлялась с помощью скользящих контактов, установленных на расстоянии 150—170 мм от зоны сварки. Сварка плит толщиной 20 мм была выполнена двухдуговой головкой за один проход со скоростью 7 м/мин. Ширина шва была максимальной (22—24 мм) в верхней части, со стороны поступления высокочастотной энергии и энергии дуги и постепенно снижалась книзу до 8—10 мм.
В СССР работы по созданию технологии дуговой сварки с предварительным подогревом т. в. ч. ведет ИЭС им. Е. О. Патона.
Наплавка изношенного инструмента с предварительным подогревом наплавляемой поверхности токами высокой частоты. В последние годы износившийся инструмент (валки, элементы штампов, валы, подшипники скольжения) ремонтируют с использованием дуговой наплавки. Сущность способа заключается в том, что на износившиеся поверхности детали наплавляется слой металла, толщина которого несколько выше толщины износа. Затем деталь подвергается механической обработке и термообработке — Скорость наплавки ограничена из-за того, что и нагрев инструмента, и расплавление электрода осуществляются за счет мощности дуги. Производительность наплавки можно существенно повысить, если износившуюся поверхность детали перед наплавкой нагреть с помощью т. в. ч. до температуры, близкой к температуре плавления. Глубина разогрева металла может быть небольшой, и расход электроэнергии будет незначителен.
Если же глубину разогрева существенно увеличить, можно не только наплавить, но и переплавить слой металла, толщина которого зависит от частоты тока, используемого при подогреве, времени, а также режима дуговой наплавки. Представляется целесообразным использовать этот процесс для дуговой переварки технологического шва, полученного методом высокочастотной сварки.
Одновременная стыковая высокочастотная сварка изделий конечной длины. В 1970-е годы зарубежные фирмы начали уделять серьезное внимание созданию технологии и оборудования для стыковой высокочастотной сварки изделий конечной длины. При этом способе свариваемые изделия устанавливаются с зазором, обеспечивающим отсутствие пробоев. С одной стороны с по
мощью специальных зажимов к кромкам изделий подводи і оі іпк высокой частоты. С другой стороны кромки замыкаются между собой. При такой схеме токи на кромках имеют встречное направление. Это обеспечивает благоприятное действие эффекта близости, концентрирующего ток на свариваемых поверхностях. Возможны и другие способы передачи тока к свариваемым кромкам. После нагрева кромок до сварочной температуры полосы сжимаются и свариваются, а токоподводы автоматически отсоединяются.
|
Х±Ъ 2 Vat |
* + 6 2)Rat |
нх±1 2Jfat) |
X±l 2)fat |
r(xh±) 2 Yat ) |
* 1 £ 2 Y at |
1 (— 1 1 ] 2 |/ lit 1 |
|
|
2,62 |
1,073 |
2,69 |
1,069 |
2,76 |
1,066 |
2,83 |
1,062 |
|
2,63 |
1,072 |
2,70 |
1,069 |
2,77 |
1,065 |
4,84 |
1,062 |
|
2,64 |
1,072 |
2,71 |
1,068 |
2,78 |
1,065 |
2,85 |
1,062 |
|
2,65 |
1,071 |
2,72 |
1,068 |
2,79 |
1,064 |
2,86 |
1,061 |
|
2,66 |
1,071 |
2.73 |
1,067 |
2,80 |
1,064 |
2,87 |
1,061 |
|
2,67 |
1,070 |
2,74 |
1,067 |
2,81 |
1,063 |
2,88 |
1,060 |
|
2,68 |
1,070 |
2,75 |
1,066 |
2,82 |
1,063 |
2,89 |
1,060 |