В ряде сварочных процессов формирование соединений происходит при совместной пластической деформации свариваемых кромок деталей, нагретых токами высокой частоты (т. в. ч.).

Нагрев и формирование соединения могут происхо­дить одновременно по всей поверхности свариваемых кромок деталей, например при стыковой сварке труб, когда их торцы нагреваются т. в. ч. одновременно по всему периметру. Однако более широкое применение имеют процессы, в которых нагрев и формирование сое­динения происходят в небольшой зоне, непрерывно пере­мещающейся вдоль свариваемых кромок деталей (напри­мер, формирование продольного шва при изготовлении сварных труб).

Различают процессы сварки т. в. ч. с кондукционным и индукционным подводом тока к деталям. При кондук — ционном подводе тока детали через токоподводящие кон­такты подключают непосредственно к источнику т. в. ч. При индукционном подводе тока детали нагреваются вих­ревыми токами, которые наводятся в них магнитным полем, создаваемым индуктором, расположенным вблизи от дета­лей и подключенным к источнику т. в. ч. Индуктором служит плоский или изогнутый по форме детали полый охлаждаемый водой проводник.

Нагрев Т. В.Ч. характеризуется значительной неравно­мерностью, вызванной неравномерным распределением плотности тока из-за поверхностного эффекта и эффекта близости.

В результате поверхностного эффекта ток высокой частоты течет в основном в поверхностном слое деталей — Для количественной оценки толщины поверхностного проводящего слоя используют понятие глубины проника­ния тока, равной расстоянию от поверхности, на которой плотность тока снижается в е раз:

д — глубина проникания тока; / — частота тока; и и — магнитная проницаемость и удельная электро­проводность металла детали в зоне нагрева.

1 С увеличением частоты / глубина проникания тока уменьшается. Уменьшение удельной электропроводности и металла в зоне сварки при нагреве приводит к увеличе­нию А и снижению неравномерности распределения тока. Уменьшение магнитной проницаемости р также увеличи­вает глубину проникания тока. Особенно резко это про­является при нагреве сталей, претерпевающих магнитное превращение, выше точки Кюри (табл. 1).

Таблица 7.1

Глубина проникания тока для сталей, мм

Сталь

Температура

Частота

тока, кГц

°С

70

450

Углеродистая

20

1000

0,11

2,3

0,045

0,9

Аустенитная

20

1000

1,7

2,3

0,67

0,9

Эффект близости проявляется в том случае, когда по двум близко расположенным проводникам протекает ток высокой частоты противоположной направленности (пря­мой и обратный ток). Распределение тока по периметру таких проводников неравномерно — наибольшая плот­ность тока имеет место в близко расположенных поверх­ностных слоях проводников.

В связи со значительной неравномерностью рас­пределения тока по сечению деталей нагрев т. в. ч. исполь­зуют при сварке деталей сравнительно небольшой тол­щины (обычно не более 10 мм). Особенно широко нагрев т — в — ч. применяют при изготовлении сварных труб с пря­мым швом.

8 кГц. Для нагрева кромок труб применяют плоский индуктор с магнитопроводом. Магнитный поток, созда. ваемый током индуктора, пересекает трубную заготовку

j

Рис. 7.1. Схема сварки труб:

я —« индукционной; б — радиочастотной с кондукцион — ным подводом тока; в — то же, с индукцционным подво­дом тока

перпендикулярно ее поверхности. Индуктируемый в за­готовке ток, мгновенное направление которого показан0 на схеме стрелками, концентрируется под индуктор°м>

течет вдоль обе их кромок и нагревает их. Расположенные за индуктором ролики 3 сжимают заготовку силами F, формируя сварное соединение.

Токи, текущие по свариваемым кромкам трубной заготовки, одинаково направлены. Поэтому в результате эффекта близости они не притягиваются, а отталкиваются, что способствует увеличению ширины нагреваемой зоны. Относительно большая ширина нагрева кромок не поз-

Рис. 7.2. Зависимость скорости сварки труб от толщины
стенки при различной мощности источника т. в. ч.:
о. — индукционная сварка; 6 — радиочастотная сварка с кондук-
ционньш подводом тока

воляет осуществлять процесс сварки с оплавлением по­верхности кромок из-за опасности выплавления больших объемов металла.

При индукционной сварке нагреваемые кромки доста­точно длительное время (2—10 с) находятся в контакте с атмосферой, что приводит к значительному окислению их поверхности.

Отсутствие слоя расплавленного металла на свари — ваемых кромках, облегчающего удаление окислов из стыка при формировании соединения, и интенсивное окисление поверхности кромок при нагреве, не ПОЗВО­ЛЯЮТ использовать индукционную сварку для изготовле — 0 я тРУб из легированных сталей и цветных металлов, ^ислы которых тугоплавки. Индукционную сварку Род14110 яРименяют Для изготовления труб из низкоугле — ДИстой стали. Причем для облегчения удаления обра­
зующихся окислов кромки нагревают до температуры 1370—1450° С (выше температуры плавления эвтектики Fe— FeO).

При сварке труб с толщиной стенки б = 3-^6 мм при­меняют ток с частотой 8 кГц, а при б = 7т-10 мм — ток частотой 2,5 кГц. Величина осадки кромок составляет (0,6н-1,2)6, давление осадки 4—8 кгс/мм2. Скорость индукционной сварки зависит от толщины стенки и мощ­ности источника т. в. ч. и достигает 30—45 м/мин (рис. 7.2, а).

При радиочастотной сварке для нагрева деталей ис­пользуют токи частотой 70—450 кГц; источниками пита­ния служат ламповые генераторы.

В кондукционном варианте сварки (см. рис. 7.1,6) высокочастотный ток подводят к трубной заготовке і А-А

В)

Рис. 7.3. Схемы радио­частотной сварки спи­рально-шовных труб (а) и приварки ребер (б, в)

6)

при помощи контактов 2 и 3. Сварочный ток проходит вдоль кромок трубы и через точку их схождения вблизи сжимающих роликов 5. Направление тока в кромках трубы противоположное. В связи с этим эффект близости приводит к концентрации тока на поверхности кромок тем большей, чем выше частота тока (см. табл. 7.1). ФеР’ ритовый стержень 4 повышает концентрацию нагрева кромок благодаря увеличению реактивного сопротивле­ния прохождению тока вокруг трубной заготовки. Высо­кая концентрация нагрева токами радиочастоты вызывает оплавление свариваемых кромок. Скорость сварки Д0′ стигает 100—120 м/мин (см. рис. 7.2, б). Большая ско­рость и наличие на кромках слоя расплавленного металл3

позволяют сваривать без защиты трубы из легких сплавов, коррозионноетойкой стали, меди, латуни, циркония и других металлов.

Благодаря концентрированному нагреву радиочастот­ная сварка позволяет также соединять трубы с неболь­шой толщиной стенки. При 6 = 1-ь2 мм используют ток частотой 450 кГц, а при б <10,5 мм—частотой 1600 кГц.

Важное преимущество радиочастотной сварки — обра­зование сравнительно небольшого количества грата в сое­динении. Например, при сварке труб из низкоуглеро­дистой стали с толщиной стенки до 3 мм высота валика грата составляет 0,1—0,4 мм.

При индукционном подводе тока (рис. 7.1, в) трубную заготовку 1 перед сжимающими роликами 3 охватывают индуктором 2. При прохождении тока высокой частоты по индуктору в трубной заготовке индуктируется ток. Ток стремится проходить по кольцевому пути под ин­дуктором, но из-за наличия щели в трубной заготовке он отклоняется к точке схождения кромок и концентрируется на них так же, как при кондукционном токоподводе.

При индукционном подводе тока процесс сварки труб проходит более стабильно. При контактной схеме сварки требуется точная установка контактов относительно кро­мок труб. При сварке труб из ленты с загрязненной и кор­родированной поверхностью возможно образование под­жогов на поверхности трубы в местах токоподвода. Однако при индукционном подводе тока потребляемая мощность на 40—50% выше, чем при контактном.

Радиочастотную сварку используют также для изго­товления труб со спиральным швом внахлестку, с раздав­ливанием кромок или со скосом встык (рис. 7.3, а), с про­дольными (рис. 7.3, б) и поперечными (рис. 7.3, в) реб­рами. Ток подводится контактами 3. Ребро 2 фиксируется относительно трубы 1 одним или несколькими роликами 5. Соединение формируется в зоне 4.