 |
15.6.5. Технологические возможности
|
|
|
|
15. 6. 5. Технологические возможности
Из-за быстрого нагрева и охлаждения металла в большинстве случаев не происходит существенных структурных изменений в шве и околошовной зоне. Скорость нагрева составляет 103·(8…150)оС/с. Появляющиеся при сварке высокоуглеродистых и низколегированных сталей закалочные структуры могут быть устранены термообработкой. При сварке заготовок толщиной 1…3 мм на частоте 440 кГц ширина зоны нагрева составляет порядка 1, 5…2 мм.
Для местной защиты используются аргон, природный газ (при неполном сгорании которого образуются Н2, СО, СО2), смесь СО2 с ацетиленом, раствор нитроклетчатки в метиловом спирте, наносимый на поверхность заготовки, и другие составы.
Скорость радиочастотной сварки доходит до 200 м/мин. Удельная мощность при сварке достигает 10 кВт/см2. Время нагрева до температуры плавления может составлять сотые доли секунды.
При организации непрерывной сварки подготовительно-заключительное время в расчёте на единицу длины шва становится малым. Производительность при сварке цветных и редких металлов этим методом в 20…30 раз выше сварки плавлением или контактной.
При радиочастотной сварке труб с толщиной стенки 2…3, 5 мм потребляемая мощность составляет 100…200 кВт, при контактной сварке – 500…650 кВт.
При контактном токоподводе снижаются требования к чистоте поверхности заготовок, а при индуктивном способе можно сваривать горячекатаный материал без предварительного травления – в состоянии поставки.
Высокочастотной сваркой можно выполнять на листовых материалах стыковые, косостыковые, нахлёсточные соединения при ограниченной ширине нахлёстки; тавровые, стыковые по отбортовке; на элементах компактного сечения (стержни, полосы и т. д. ) – стыковые, нахлёсточные.
|
|
|
Радиочастотной сваркой соединяют элементы толщиной 0, 8…14 мм. Сваривают трубы малого и среднего диаметра (12…150 мм при толщине стенки 0, 8…6 мм), большого диаметра (400…600 мм толщине листа 4…8 мм), спиралешовные (диаметром до 1000 мм), газопроводные (диаметром до 1420 мм).
Процесс идёт без разбрызгивания металла.
Получаемый грат имеет более выигрышную овальную форму в отличие от грата при сварке сопротивлением, при которой он прерывистый, с наличием небольших кратеров – очагов будущей коррозии. Высота грата меньше, имеет тенденцию к снижению с ростом скорости сварки.
При переходе от контактной сварки к радиочастотной количество разрушений по шву при гидроиспытаниях уменьшилось в 10…15 раз. Термообработкой добиваются равнопрочности соединения, улучшения пластических и технологических свойств (угол загиба составляет 150…180о).
При непрерывно-последовательной высокочастотной сварке начало шва и его конец оказываются бракованными (непровар) на значительной длине.
Для индуктора необходима экранировка в случае, если напряжённость электрического поля превышает 5 В/м.
15. 6. 6. Технология сварки
Технология сварки включает в себя те же операции, что и контактная стыковая сварка. Однако при непрерывной высокочастотной сварке добавляются операция обрезки ленты-заготовки по ширине, пристыковка очередной бухты, зачистка поперечного шва, формовка заготовки, удаление грата, резка изделия на мерные куски складского размера.
При радиочастотной сварке сила сварочного тока составляет 100…2000 А, мощность – 25…280 кВт, скорость сварки – 10…120 м/мин для стали и 8…80 м/мин для цветных металлов, частота изменения тока – 440 кГц. Сварочное давление – 20…60 МПа.
При индукционной сварке сила сварочного тока составляет 30…200 кА, мощность – 100…2000 кВт, частота изменения тока – 50…400 Гц, сварочное давление – 20…60 МПа.
|
|
|
Эти режимы при сварке обеспечивают температуру 1300…1420оС.
Для обеспечения требуемого сварочного давления, например при сварке труб, необходимо выдержать допуски на ширину и толщину заготовки соответственно (-0, 2…-0, 3) и (-0, 07…-0, 12) мм для толщины 1…2, 5 мм.
При малой толщине заготовки схождений кромок составляет 1, 5…2о; при больших толщинах данный угол – 4…5о.
Радиочастотная сварка может вестись в трёх режимах:
1. Температура кромок при сварке стали составляет 1300…1400оС. В точке касания материал дополнительно нагревается, но не плавится. При осадке пластическая деформация обеспечивает удаление загрязнения. Удельное давление составляет порядка 50 МПа. Грат имеет высоту 0, 3…0, 8 мм и овальный профиль сечения;
2. Кромки при подходе к точке схождения нагреваются до температур, близких к температуре плавления, и зоне контакта расплавляются. При осадке жидкий металл удаляется вместе с оксидами. Жидкостная прослойка выполняет защитную роль. Сварочное давление составляет 20…30 МПа. Грат представляет собой непрерывную строчку застывшего металла;
3. Кромки оплавляются, и в месте контакта сильно перегревается расплав, который под действием электромагнитных сил выбрасывается с оксидами из зоны шва. Оставшийся на кромках жидкий металл выдавливается аналогично предыдущему варианту. Давление составляет 20…30 МПа. В грате имеются капли застывшего металла.
Низкоуглеродистые стали целесообразно сваривать по первому и второму режимам, коррозионно-стойкие стали, алюминий, медь, латунь – по третьему (с соответствующей корректировкой температур), так как на поверхности есть трудноудаляемые тугоплавкие оксиды.
Чаще всего используют частоту 440 кГц при работе с заготовками толщиной 0, 8…14 мм.
Выбор частоты при индукционной сварке труб необходимо связывать с гарантированным прогревом кромок на всю толщину. При этом должно соблюдаться соотношение:
0, 3 < (δ /Δ ср) < 0, 6,
где Δ ср – глубина проникновения тока выбранной частоты в сталь при температуре выше точки Кюри, мм; δ – толщина металла, мм
|
|
|
Ширина зоны нагрева всегда должна быть несколько больше осадки при этом способе сварки. Для последнего чаще всего используют машинные генераторы с рабочей частотой 8 и 2, 5 кГц.
Скорость сварки при индукционном токоподводе меньше, чем при контактном, и не зависит от размера заготовки за пределами рабочей зоны (диаметр трубной заготовки на неё не влияет). Скорость сварки заготовок из коррозионно-стойкой стали, алюминия, меди на 15…20% ниже, чем из малоуглеродистой стали.
При сварке заготовок большой толщины их концы скашивают под углом 42…70о, а сварочные усилия прикладывают нормально к их поверхностям. Угол схождения кромок составляет порядка 5…6о, расстояние от места токоподвода до вершины угла – 120…200 мм.
При сварке встык сплошных компактных сечений необходим равномерный нагрев по площади торцов. Температура выравнивается за счёт теплопроводности, а это ведёт к увеличению длительности процесса и протяжённости зоны нагрева вдоль заготовки. Поэтому ограничивается предельный диаметр заготовки или её толщина (примерно 30 мм). С увеличением сечения следует снижать и частоту колебаний (при диаметре или толщине заготовки < 15 мм и 15…30 мм соответственно 70 кГц и 8 кГц).
Литература
| Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: Учебник для вузов. – 2-е изд. испр. и доп. / А. И. Акулов, В. П. Алёхин, С. И. Ермаков и др. / Под ред. А. И. Акулова. – М.: Машиностроение, 2003. – 560 с.: ил. | |
| Ручная дуговая сварка. Материалы. Оборудование. Технология / С. Н. Жизняков, З. А. Сидлин. – М.: ЦТТ ИЭС им. Е. О. Патона, 2007. – 360 с. | |
| Основы сварочного производства: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В. М. виноградов, А. А. Черепахин, Н. Ф. Шпунькин. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 272 с. | |
| Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах / Под общ. ред. Н. П. Алёшина, Г. Г. Чернышова. – М.: Машиностроение, 2004. Т. 1/ Н. П. Алёшин, Г. Г. Чернышов, Э. А. Гладков и др. – 624 с.: ил. Т. 2 / Н. П. Алёшин, Г. Г. Чернышов, А. И. Акулов и др. – 480 с.: ил. | |
| Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. акад. Б. Е. Патоне. – М.: Машиностроение, 1974. – 768 с. | |
| Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие. В 2-х томах. Т. 2: Сварочные проволоки и электроды / Н. Н. Потапов, Д. Н. Баранов, О. С. Каковкин и др. / Под общ. ред. Н. Н. Потапова. – М.: Машиностроение, 1993. – 768 с.: ил. | |
| Д. Сефериан. Металлургия сварки. /Перевод с франц. И. Н. Ворновицкого, В. Д. Тарлинского. – М.: ГНТИ Машиностроительной литературы, 1963. – 348 с. | |
| Сварочные работы: современное оборудование и технология работ /Е. А. Банников, Н. А. Ковалёв. – М.: АСТ: Астрель, 2008. – 448 с. – (Самоучитель). | |
| Сварочные работы: практическое пособие для электро-газосварщика / сост. Е. М. Костенко. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2007. 240 с. – (Книжная полка специалиста). |
|
|
|
|
|
|
