Способ высокочастотной сварки профилей и устройство для его осуществления

Способ высокочастотной сварки профилей и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 946854 (6I) Дополнительное к авт. свид-ву— (5I) М. Кл.э

В 23 К 13/00

В 23 К 31/08 (22) Заявлено 01.08.77 (21) 2512155/25-27

2700451/25-27 с присоединением заявки ¹â€”

Гасударственный комитет (23) Приоритет— (53) УДК 621.791..77 (088.8) Опубликовано 30.07.82. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 05.08.82 пв делам нэобретеиий и открытий (72) Авторы изобретения

В. Е. Злотин, И. В. Лунин, М. 3. Локшин и (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ ПРОФИЛЕЙ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

ЭДС (lj.

Изобретение-относится к высокочастотной сварке профилей и может быть использовано при производстве изделий типа «ребро-поверхность».

Известные в указанной области технические решения направлены на решение двух основных взаимосвязанных задач: устранение неравномерности нагрева ребра и поверхности к моменту осуществления собственно сварки давлением (асимметрия цепей приводит к недогреву поверхности и перегреву ребра); создание оптимальных температурно-деформационных полей на соединяемых элементах для осуществления сварки давлением и обеспечения длительной работоспособности соединения.

Известен способ высокочастотной сварки профилей типа «поверхность-ребро», заключающийся в сведении под острым углом свариваемых элементов, подведении тока высокой частоты к разведенным концам элементов, их нагреве и последующем сдавливании, при котором интенсивность нагрева свариваемых элементов изменяют путем создания на боковой поверхности одного из свариваемых элементов дополнительной

Однако в известном способе дополнительная ЭДС влияет на нагрев поверхности. Указанный способ облегчает условия достижения равномерности нагрева. Создание же дополнительной ЭДС на поверхности неизбежно требует размещения специальных устройств в зазоре между кромкой ребра и поверхностью. Это приводит к необходимости увеличения зазора между свариваемыми элементами и даже при этом реальное устройство, обеспечивающее дополнительную ЭДС, будет располагаться на достаточном расстоянии от точки схождения свариваемых элементов. Но с увеличением зазора (т. е. угла схождения элементов) и длины нагреваемых участков возрастает неравномерность нагрева и требуются дополнительные меры для последующего выравнивания температур. Таким образом, при удовлетворительном решении задачи йо усилению нагрева поверхности, устранение перегрева ребра достигается в основном за

20 счет уменьшения времени нагрева ребра, что неизбежно приводит к получению на ребро температурных полей с высоким градиентом от кромки в глубину металла ребра с максимумом на свариваемой части. В

946854 особенности это характерно для материалов с пониженной теплопроводностью и при стремлении обеспечить производительность процесса за счет высоких скоростей сварки.

Создаваемые в этом случае на ребре тем««ературно-деформационные условия приводят к снижению качества сварного соединения и его работоспособности, ибо в процессе сварки давлением тонкий оплавленный слой металла выдавливается из зоны образования соединения, а последующие прилежащие слои металла, имея недостаточную пластичность вследствие низкой температуры, неравномерно участвуют в совместной деформации с металлом поверхности. Это приводит к образованию непроваров по краям сварной зоны (подрезы), бо- 15 лее того, возможные дефекты не могут быть и впоследствии удалены механическим путем, так как они располагаются в пределах толщины ребра. Именно по этой причине в гех случаях, когда требуется высокая работоспособность изделий, известный способ предусматривает использование ребра с утолщенной кромкой, причем это утолщение делается на предварительной стадии в холодНоМ состоянии.

Таким образом, воздействие дополни- 2s тельной ЭДС на поверхность требует введение операций подготовки ребра и дополнительных устройств для осуществления этих

Операций.

Известно устройство для высокочастотной сварки профилей типа поверхность-реб- З" ро, содержащее источник питания током выooêîé частоты, токоподводы к свариваемым элементам, роликовый шовообжимной узел и индуктпрую«ций провод, соединенный

Одним концом с токоподводом с ребром, а другим -- с источником питания.

В известном устройстве индуктирующий провод установлен в зазоре между ребром и поверхностью вблизи поверхности строго над зоной нагрева под сварку (1).

Однако применение известного устройст- 40 ва не позволяет обеспечить высокое качество в особенности при сварке тонкостенных профилей из высоколегированных статей из материалов с низкой теплопроводностью не О о ее п е ч и в а ет + 1 H T e Jl b H o I 0 c T 3 6 H I b H o I ведения процесса в промышленных условиях, вследствие, во-первых, сложности обеспечения оптимального нагрева ребра, что приводит к снижению качества сварного соединения, во-вторых, размещение индуктирук«щего провода в узком зазоре (5 — 10 ) меж- ы ду свариваемыми элементами при значительных токовых нагрузках (тысячи ампер) и ограниченном пространстве, в зоне выброса расплавленных частиц металла, не позволяет создать надежную конструкцию, обеспечивающую длительную эксплуатацию в течение нескольких часов, Учитывая, что требуется строгая соосность положения индуктирующего провода над осью нагрева под сварку, а также композиционную сложность всего сварочного устройства, пробой индуктирующего провода приводит к длительной остановке всего профилесварочного стана и требует длительной настройки после ремонта.

Принципиально важным недостатком известного устройства является сложность создания надежной конструкции шовообжимного узла, так как стремление к снижеHHio перегрева ребра заставляет уменьшить длину участка нагрева ребра, т. е. придвигать ребровой контакт к шовообжимному узлу, а это приводит к затруднениям с размещением подшипниковых узлов и уменьшает допустимые диаметры роликов шовообжимного узла.

Цель изобретения -- повын«ение ка «ества высокочастотной сварки профилей, повышение надежности и стабильности работы устройства для его осуществления.

Поставленная цель достигается Te»l, что в известном способе высокочасто1ной сварки профилей, преимущественно типа поверхность-ребро, заключающемся в сведении под острым углом свариваемых элементов, подведении тока высокой частоты к разведенным концам элементов, их нагреве и последующем сдавливании, при котором интенсивность нагрева свариваемых элементов изменяют путем создания на боковой поверхности одного из свариваемых элементов дополнительной ЭДС, дополнительную

ЭДС создают на боковой поверхности ребра.

В устройство для высокочастотной сварки профилей, содержа«цем источник питания током высокой частоты, токоподводы к свариваемым элементам с контактными наконечниками, и индуктирующий провод и роликовый шовообжимной узел, соединенный одним концом с токоподводом к ребру, а другим — с источником питания, индуктирующий провод расг«оложен между токоK ребруi H «цовообжи»ным ),3.1o"I, а рабочая поверхность индуктирующегo провода перпендикулярна осям шовообжимных роликов.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема способа; на фиг. 2 схематично изображено устройство для его осу«цествления.

Свариваемые элементы поверхность 1 и ребро 2 (фиг. 1) сводят под острым углом d- так, чтобы они смыкались в точке А схождения. К разомкнутым концам элементов 1 и 2 с помощью контактов 3 и 4 подводят ток высокой частоты. Вблизи ребра 2 устанавливают индуктирующий провод 5, по которому пропускают переменный ток, находящийся B противофазе со сварочным током 6. При этом частота тока в индуктирующем проводе равна частоте сварочного тока 6. Сварочный ток 6, подводимый через контакт 3, протекает по поверхности 1

946854 ке эффект близости между током 6 и током, протекающим по индуктирующему проводу 5, проявлялся в равной степени или силь- 5 нее, чем между составляющими тока 6, протекающими по кромке ребра 2 и поверхности !.

При этом достигается оптимальное распределение плотности тока по длине кромки

25 через точку А схождения и по свариваемой кромке ребра 2 к контакту 4. В результате протекания тока по индуктирующему проводу 5 (благодаря эффекту близости) часть сварочного тока 6 перемещается со свариваемой кромки ребра 2 на его боковую поверхность. В, противолежащую индуктирующему проводу 5.

Положение индуктирующего провода 5 относительно ребра 2, его размеры и величину тока в нем устанавливают по результатам предварительного моделирования на адекватнои модели и уточняют в процессе сварки таким образом, чтобы на этом участребра 2. В связи с тем, что не требуется искусственное увеличение зазора и угла схождения элементов 1 и 2, а на всей длине нагреваемых участков действует эффект близости, обеспечивается эффективный концентрированный нагрев узкой полосы, по которой приваривается кромка ребра 2.

При этом перегрева кромки ребра 2 не происходит, так как на определенном участке нагрева на свариваемую кромку действует лишь часть сварочного тока 6. Таким образом обеспечивается выравнивание температуры нагрева элементов к моменту собственно сварки давлением.

Увеличение времени нагрева кромки реб ра 2 за счет увеличения длины нагреваемой кромки в сочетании с малой удельной мощностью нагрева на части длины нагреваемой кромки обеспечивает оплавление только поверхностного слоя металла и плавный спад температуры от кромки в глубину ребра.

Таким образом, создается оптимальный температурный градиент и оптимальные температурно-деформационные условия для проведения собстзенно сварки давлением на участке от точки А схождения и далее. В результате, при сдавливании элементов 1 и 2 жидкая фаза удаляется из зоны соединения, а прилегающие слои металла ребра, имеющие достаточную температуру и повышенную пластичность, деформируются с образованием грибовидного утолщения у основания ребра. При этом непровары и другие дефекты на краях сварного соединения оказываются вне зоны толщины ребра и при необходимости могут быть без ущерба удалены механическим путем.

Устройство (фиг. 2) состоит из источника питания 7 высокочастотный генератор, от которого ток высокой частоты (например, 440 кгц) подведен через неподвижные 8 и подвижные 9 части токоподвода к скользящему контактному наконечнику 3, который

Зо

З5

55 контактирует с элементом-поверхностью 1.

Вторая шина источника соединена с индуктирующим проводом 5, который жестко скреплен с неподвижной частью 10 токоподвода к ребру. Подвижная часть токопровода ll к ребру соединена жестко с контактным наконечником 4 к ребру.

Индуктирл ющий провод 5 установлен между токоподводом к ребру и шовообжимным узлом, состоящим из шовообжимных роликов !2 и роликов 13, фиксирующих положение ребра при сварке. Ближний к шовообжимному узлу конец индуктируюшего провода соединен с источником 7 питания, при это.и рабочая поверхность С индуктирующего провода 5 перпендикулярна осям шовообжим ны х роликов 12.

Устройство работает следующим образом.

При сварке профилей (в наиболее общем случае), представляющих изделия типа ребро-поверхность, ребро 2 и поверхность подаются под острым углом в шовообжимные ролики 2 таким образом, что соединяются B точке А схода элемеHтов 1 и 2. Сварочный ток в некоторый момент времени течет от генератора 7 через токоподвод 8 и 9 и контактный наконечник

Л, затеи идет по элементу — поверхности 1 до точки А схода, далее переходит на кромку ребра 2, проходит по ребру под индуктирующим проводом 5 и через контактный наконечник 4, токоподвод !О и 1! и индиктирующий провод 5 возвращается к противоположному полюсу генератора 7.

Вследствие действия эффекта близости происходит интенсивный нагрев зоны сварки на поверхности, а кромка ребра, не перегреваясь из-за действия дополнительной

ЭДС, подходит с требуемой температурой к точке А сварки. В зоне сварки давлением (от точки А и далее) шовообжимные ролики 2 сдавливают соединяемые элементы, в результате чего удаляется жидкая фаза, происходит совместная деформация и качественное соединение ребра и поверхности. В предлагаемом устройстве контакт 4 к ребру может располагаться на значительном расстоянии от шовообжимного узла и не лимитирует конструктивные параметры последнего, что обеспечивает конструктивную надежность узла и его стабильную работу.

Только совместное использование предлагаемого способа и устройства позволяет достичь повышения качества сварки профилей путем устранения неравномерности нагрева ребра и поверхности и создания оптимальных температурно-деформационных полей на соединяемых элементах для осуществления сварки давлением.

Прияер. Производится сварка тонкостенного таврового профиля 50 X 35 X 1,2 на опытно-промышленном стане высокочастотной сварки. Геометрические размеры профи94б854

Расстояние от то-!Ки схож- Зона под индуктирую(((им проводом дения элем нтов мм à — — -, (;-, 10 (20 30 40 50 60 70 80 90

Относительная плотность тока

1 0,9 0,83 0,5 О,!! 0,27 0,,26 0,25 0,2

Фор.((ула изобретения ля: толщина ребра 1,2 мм, !Пиркна 35 мм; талгцина поверхности 1,2 мм, ширина 50 мм.

Материал профиля — — легированная сталь.

Скорость сварки 20/»1/мкн.

В качестве источника питаниH использу5 ется ламповый генератор ВЧС2-160/44 мощ1остью 1б0 кВт, частотой 440 кГц.

Длина нагреваемых кромок 100 мм.

Угол схождения свари ваемых элементов 8 . (о

Между токоподводом и точкой схождения над поверхностью ребра устанавлива1от индуктирующий провод, по которому пропускают ток, равный по частоте к величине сварочному (1800 A).!

Направление токов на ребре и в индуктирующем проводе противоположно.

Длина индуктируlolllei о провода 50 мм; ширина — 35 мм; расстояние от точки схождения до индукткрующего провода 45 мм;

"..асстояние от кромки ребра до инду:THpyfoщего провода 5 мм, зазор между индуктирующим проводом и поверхность реб!.а б мм.

Указанные параметры обеспечивают рас

: pe;IG1eHHe плОтнОсти така пб длине кпОмки ребра приведенное в таблице, где за едк- .1: ницу принята максимальная плотность така

-fa кромке ребра.

В -:):з» ль гате !Пол» чень абра:ш,! Ппофп, 1*"й, и мcloiliи\ качеcTBeпнае сваp(!0(сасди

Зв !. ение, llpH Ieì " ocHOBBния р бр(1 м»1еез ся .li 1 кО Biлряж(.. нное Гl;.Ноави \на(! а, 11ц(!(и

Be, I Hi1к па у з <)л(цeII Hsi ребра -! Boi .» Hepc»o;.B к поверхности составляет 1,2--1.35 ат пегвонача Ibf-ovi толщины ребра. По сравиеii,Ilo с действозавшей TexH ) IOCHCH ii чествo cBap(rf0 VCTB.,1GCTfIOH ll p0H11OCrH

HHBx (1а ма,) )и и клон» 10 ", ст(1 ° 1 ость; Bol)poñла в 1.7- 2,0 раза.

Способ высокочастотной сварки пр»филей, преим i щсствсннс. ";"Hl! B поверхностьребра. заключаю;циися в сведенки под 0(-трь;и углом свариваемых элементаь. полые еННН така высокой -!астаты к разведеннь м

K0ffl!ам элементов. их нагреве и последу)о-! цем сдавливапии, прк котором интенсивность нагрева ciiBpHBneмых элементов кзИспользование предлагаемого способа высокочастотной сварки и устройства позволяет обеспечить по сравнению с существующими способами и устройствами следую(цие преиму(цества.

Повышается качество сварки вследствие создания оптимального температурного поля на соединяемых элементах. Работоспособность и свойства сварного соединения знач ительно улучша ются вследствие создания оптимальных деформационных условий сварки давлением, возможности получения требуемой формы соединения, в итоге это обеспечивает повышение усталостнок прочности 11рН испытаниях на малопикловую усталость в 1.,7 — 2,0 раза.

Расширяется сортамент фасонных Нрофилей как IIO толщинам, так и пo сортаменту материалов, охватывая широкий круг металлов от малоуглеродистой стали до высокол IHpOBBHHoH стали титановых сплавов и цветных металлов.

Значительно повышается надежность работы сварочных устройство Нх долгове !—

"ости и работоспособность.

Сокращаются непроизводительные r:росток на аварийный ремонт H настройки, уменьи аются отходы продукции из-за аварикных остановок профилесварочного оборудования. !.)своение предлагаемого способа и устроиства является одним кз наиболее важ)ых компонентов в комплексе Te:;HH÷ecHH» решений, обеспечиваюц)иx промышленное к;:едрение новой технологии производства профилей, обеспечиваю!цих значительную

=кономию металла и трудозатрат.

11ркмененке сварных профилей Bзамсн сортового проката B !!ромышленном строиТе;IbC rBe» feHhlrlHT pdcX0 CTB.IH HB 70 iblc. T в год и даст экономическкй эффект в строительстве около 25 млн. руб. ме:(яют путем создания на боковой поверхности одного из свариваемых элементов до1алнитсльной ЗДС. отличающийся тем, что, с .,елью повышения качества сварки, дополli!i1 е. IB)!i|i!0 ЭДС созда к)т на 60К080Н и" верх1 1 ности эебоа.

2. Устройство для асуп,е.".-вленкя сгoсоба по и, 1, содержащее источник питания током высокой частот!.1, -:окоподводы к сваркваемым элемента»1, ролкковь; .:Иавооб946854

9 жимной узел и индуктирующий провод, соединенный одним концом с токоподводом к ребру, а другим — с источником питания, отличающееся тем, что индуктирующий провод расположен между токогодводом к ребру и шовообжимным узлом, а рабочая поверхность индуктирующего провода пер10 пендикулярна к осям шовообжимных роликов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СШЛ № 3610869, кл. 219 — 107, 1971.

946854

РедактоР А. Фролова

Заказ 5422/22

С т ова оставитель Э, 13ет ехред А Бойкас

ТиРаж 1153 орректор /И. Шароши

III4HHI lH 1 о 11одписное осударственного по делам „3O5 комитета СССР

113035, !Иосква, ж 3Р е" ий и открытий

Филиал ППц «П раУи ская наб,, 4/5

" Р д, Ул Проектная, 4