СПОСОБ ИНДУКЦИОННО-СТЫКОВОЙ СВАРКИ ПРОФИЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ
INDUCTION-BUTT WELDING OF VARIOUS-CONFIGURATION CHANNELS

СПОСОБ ИНДУКЦИОННО-СТЫКОВОЙ СВАРКИ ПРОФИЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ
Изобретение относится к области стыковой сварки и может быть использовано при сварке встык труб, рельсов, профилей любых сечений или внахлест лент, а также других изделий из металла.
Известен СПОСОБ СТЫКОВОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ ИЗДЕЛИЙ СОПРОТИВЛЕНИЕМ изделий в виде проволоки или ленты (Патент на изобретение РФ №2434722, МПК В23К 11/02, В23К 101/32, 2011 г.), в котором перемещают концы свариваемых изделий к электродам, закрепленным на неподвижной и подвижной станинах сварочной машины, и устанавливают их соосно между электродами без зазора между торцами, между станинами вводят центрователь с двумя лапками и центрируют в нем путем поворота лапок одновременно оба конца свариваемых изделий, зажимают концы в упомянутых электродах, затем включают вращение абразивного круга, перемещают его вдоль оси сварки между лапками центрователя и обрезают одним резом оба торца свариваемых изделий, после чего выводят абразивный круг из зоны реза, разводят центрователь, выводят его в исходное положение, сжимают торцы изделий приводом сжатия, включают сварочный трансформатор и сваривают концы изделий.
Недостатком указанного способа является ограниченная область его применения - только для изделий с небольшой площадью контакта (проволока или лента), по причине неравномерного нагрева всей поверхности свариваемых концов, оплавление которых имеет взрывной характер за счет имеющихся неровностей их поверхностей.
2
Известен СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ СТАЛЬНЫХ РЕЛЬСОВ (патент на изобретение РФ№2296655, МПК В23К 11/04, В23К 101/26, 2007 г.), применяющийся для изделий с большой площадью сварного соединения. Указанный способ включает оплавление рельсов и осадку на заданный припуск, в процессе которой определяют удельное усилие сдавливания как частное от деления усилия сдавливания на площадь поперечного сечения рельса, по которому судят о тепловложении в свариваемые рельсы при оплавлении, сравнивают вычисленное значение удельного усилия сдавливания с пороговым значением удельного усилия сдавливания, при равенстве вычисленного и порогового значений удельного усилия сдавливания цикл сварки завершают, а при превышении вычисленным значением удельного усилия сдавливания порогового значения определяют разность между вычисленным и пороговым значениями, которую используют в качестве количественного показателя электрической энергии, требуемой для дополнительного ввода в сварное соединение, определяют произведение разности вычисленного и порогового значений удельного усилия сдавливания на константу С, лежащую в пределах от 0,7 до 0,85 кВт×ч×мм/кг в зависимости от марки стали рельсов, подают на сварное соединение напряжение и контролируют количество дополнительно вложенной электрической энергии, причем при достижении дополнительно вложенной электрической энергией значения, определяемого произведением разности вычисленного и порогового значений удельного усилия сдавливания на константу С, напряжение отключают, а цикл сварки завершают.
Недостатком указанного способа является отсутствие возможности равномерного распределения тепла по свариваемым поверхностям. Кроме того, протекающий между электродами ток нагревает не только сами свариваемые поверхности, но и весь объем рельсов между электродами, затрачивая на это ненужную для сварки энергию, что приводит к изменению структуры металла, а также при больших усилиях сжатия может привести к нежелательной деформации рельсов.
2
2
Известен СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ В ВАКУУМЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ (RU №2387524, МПК В23К 20/14, 2010 г.), принятый за прототип, включающий нагрев свариваемых поверхностей заготовок, их сдавливание с заданным усилием и выдержку в этом состоянии до образования взаимной диффузии между свариваемыми металлами, нагрев и сдавливание свариваемых поверхностей производят в два этапа, при этом сначала свариваемые поверхности нагревают до температуры не выше 700°C, после чего их сдавливают с усилием более 2 кг·с/мм и выдерживают в этом состоянии не менее 15 мин, а на втором этапе усилие сдавливания уменьшают до величины менее 0,1 кг·с/мм, а температуру нагрева свариваемых поверхностей увеличивают до 1050-1100°C и выдерживают при этой температуре не менее 15 мин. В указанном способе нагрев свариваемых изделий осуществляют с помощью многовиткового индуктора, внутрь которого помещаются свариваемые заготовки.
Недостатком указанного способа является низкая энергоэффективность и производительность сварочного процесса, обусловленные тем, что многовитковый индуктор нагревает равномерно не только свариваемые поверхности, а весь объем металла заготовок. При высоких температурах, необходимых для интенсификации процесса диффузии, металл заготовок обладает повышенной ползучестью, что может привести к их недопустимой деформации.
Техническим результатом предлагаемого способа индукционно-стыковой сварки является повышение качества сварного соединения и энергетической эффективности процесса сварки.
Технический результат достигается тем, что в способе индукционно-стыковой сварки профилей различной конфигурации, заключающемся в нагреве свариваемых поверхностей, их сдавливании с заданным усилием, нагрев на требуемую глубину осуществляют с помощью стыкового индуктора, выполненного в виде плоской катушки индуктивности, форма которого соответствует профилю свариваемых поверхностей, который располагают в зоне между свариваемыми поверхностями, нагревают на требуемую глубину только поверхности изделий, участвующие в создании сварного соединения, удаляют индуктор из зоны сварки перед сдавливанием свариваемых поверхностей.
Предварительно для требуемой глубины нагрева определяют частоту тока источника питания стыкового индуктора, а для требуемой температуры нагрева определяют время подачи тока от источника питания на стыковой индуктор.
Способ индукционно-стыковой сварки профилей различной конфигурации поясняется чертежами, приведенными на фиг. 1-3.
На фиг. 1,а представлен первый этап сварочного процесса для сварки встык при любом профиле поперечного сечения свариваемых изделий и фиг. 1,б представлен первый этап сварочного процесса для сварки внахлест для плоских лент.
На фиг. 2 представлен второй этап сварочного процесса, при котором стыковой индуктор удаляют из зоны сварки и части свариваемого изделия сдавливают с заданным усилием Р.
На фиг. 3 показан пример стыкового индуктора для сварки труб встык, выполненного в виде плоской катушки индуктивности.
На фигурах цифрами обозначены: свариваемые изделия 1, стыковой индуктор 2, нагреваемые зоны 3 поверхностей свариваемых изделий, проводники плоской катушки индуктивности 4.
Глубина нагрева поверхности изделия Δ обратно пропорциональна частоте тока стыкового индуктора f, определяемой по формуле (Установки индукционного нагрева, под редакцией А.Е. Слухоцкого, Энергоиздат, 1981)
где f - частота тока стыкового индуктора;
Δ - глубина нагрева свариваемых поверхностей;
0
-7
µ=4π10 Гн/м - магнитная проницаемость воздуха;
µ - относительная магнитная проницаемость материала свариваемых изделий;
γ - проводимость материала свариваемых изделий.
-4
3
7
Частота тока стыкового индуктора тем больше, чем меньше требуемая по технологии глубина нагрева свариваемых изделий. Например, при необходимости нагреть свариваемые поверхности на глубину Δ=10 м при относительной магнитной проницаемости стали µ=10 и ее проводимости γ=10 1/Ом·м частота тока стыкового индуктора должна быть 2533 Гц.
Заявленный способ индукционно-стыковой сварки осуществляется следующим образом: определяют длительность протекания тока в стыковом индукторе в зависимости от заданной (необходимой) температуры нагрева; подбирают частоту тока в стыковом индукторе в зависимости от заданной глубины нагрева свариваемых поверхностей, например по формуле 1; перед началом сварки двух изделий встык или внахлест между свариваемыми поверхностями устанавливают стыковой индуктор; в стыковой индуктор подают электрический ток от источника питания; после завершения нагрева свариваемых поверхностей источник питания отключается от индуктора; индуктор удаляется из зоны сварки, и части изделия сдавливаются внешним устройством с заданным усилием.
Таким образом, сварка осуществляется в два этапа: на первом этапе между свариваемыми поверхностями вводится стыковой индуктор, форма которого соответствует профилю свариваемых поверхностей. Далее индуктор подключают к источнику питания с заданной частотой тока и нагревают свариваемые поверхности до заданной температуры (например, для сварки изделий из стали температура нагрева 900-1000°C), которая определяется заданным временем протекания тока, регулируемым системой управления. Применение стыкового редуктора обеспечивает равномерный нагрев ограниченной по глубине поверхности свариваемых изделий и уменьшение зоны температурного воздействия на околошовный объем изделия. На втором этапе индуктор удаляют из зоны сварки и свариваемые части изделия сдавливают.
Применение предложенного способа индукционно-стыковой сварки обеспечивает получение высокого качества сварных соединений с оптимизацией энергетических характеристик процесса сварки.