Рнс. 17.3. Зависимость скорости пе ремещения среднего сечения трубча той детали от перемещения б при
разных |
значениях |
энергии |
разряда |
W для |
процесса |
раздачи |
на уста |
новке МИУ-20ХПИ |
|
|
|
Рис. 17.4. Зависимости между скоро стью соударения с/н н давлением
Р к при нормальных соударениях:
/-М 1+М 1; 2 — АД1+ 12Х18Н10Т; 3 — АД1+М1; 4 — АД1+АД1
Скороость vH определяется осциллографированием |
или рас |
четным путем: |
|
уй = (Вг14пу)^, |
(17.1) |
где В= \к-Н — магнитная индукция, Тл; у — плотность мате риала, кг/м3; ц — магнитная проницаемость, Гн/м; H=2Ifr —
Рис. 17.5. Зависимость т(0) при сварке меди с медью (а) и алю минием (б) для разных значений энергии разряда W (/, 2, 3 — соответственно 8,6, 7.0, 4,6 кДж) и перемещения б (4, 5, 6 —
соответственно 0,5, 1,0, 1,5 мм)
|
|
|
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А 17.1 |
|||
|
ЗАВИСИМОСТЬ |
ХАРАКТЕРИСТИК СОЕДИНЕНИЙ |
ДЕТАЛЕЙ |
|
||||||
|
ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ |
СПЛАВОВ |
АД1 |
(МЕТАЕМОЙ) |
С |
АМгЗМ |
|
|||
|
|
ОТ НАЧАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА |
|
|
||||||
|
|
|
ПО |
СХЕМЕ РИС. 17.2, а [1 ] |
|
|
|
|
||
Начальные параметры |
Характеристики |
Начальные параметры |
Характеристики |
|||||||
|
|
|
соединения |
|
|
|
|
соединения |
||
<V |
Ь, мм |
W, |
мм* |
« V ““ |
«*• |
Ь, мм |
W , |
|
FCb* |
аср.ми |
град. |
|
кДж |
град. |
кДж |
мм1 |
|||||
3 |
—2,5* |
8.6 |
625 |
3,5 |
7 |
0 |
10,0 |
1250 |
6,97 |
|
3 |
- 2 ,5 |
10,0 |
627 |
3,5 |
7 |
0 |
10,0 |
1085 |
6,06 |
|
3 |
- 2 ,5 |
10,0 |
670 |
3,75 |
11 |
—1 |
10,0 |
850 |
4,7 |
|
3 |
- 2 ,5 |
11,8 |
935 |
5,05 |
11 |
—1 |
11,8 |
1560 |
8,75 |
|
3 |
- 2 ,5 |
11,8 |
1090 |
5,8 |
11 |
— 1 |
11,8 |
1540 |
8,6 |
|
7 |
0 |
8,6 |
885 |
4,92 |
11 |
—1 |
14,0 |
1850 |
10,3 |
|
7 |
0 |
8,6 |
850 |
4,75 |
|
|
|
|
|
|
• Знак «—» — метаемый элемент выступает за конец индуктора.
напряженность магнитного поля, |
А/м; / — сила тока |
(измеря |
ется осциллографированием), А; |
г — радиус рабочей |
зоны ин |
дуктора. Скорость |
|
|
VK— Рн/tge. |
|
(17.2) |
Каждому значению энергии магнитного импульса соответ ствует определенная максимальная возможная скорость пере мещения детали, связанная с определенным перемещением б, выше которого увеличение скорости не наблюдается (рис. 17.3).
При нормальном соударении давление Рк определяется ско ростью соударения и сжимаемостью соударяющихся материалов
(рис. 17.4). Зависимость PK—f(v) |
при |
сварке любых |
алюми |
ниевых сплавов мало различаются |
и |
соответствуют |
графику |
зависимости для сочетаний АД1+АД1. |
_ |
|
|
Зависимость относительной прочности на срез т сварных соединений от значений б при различных W и s при сварке по схеме рис. 17.1 приведена на рис. 17.5. В табл. 17.1 приведены
характеристики соединений |
(F — площадь зоны |
соединения, |
|
Оср — средняя ширина зоны |
соединения) метаемых |
деталей |
из |
алюминиевого сплава АД1 (s=l,35 мм) с неподвижными |
из |
||
сплава АМгЗМ (s=l,05 мм) |
в зависимости от Ь и W при сварке |
||
по схеме рис. 17.2, а. |
|
|
|
Область использования
В настоящее время МИС применяют в машиностроении для получения разных неразъемных соединений, в частности труб и соединений труб с другими деталями, а также для изготов ления тонкостенных трубных переходных элементов сочета ниями алюминия и его сплавов со сталью, титаном или с медью, а также стали с медью при создании высокоэффек тивной техники.
17.2. Технология
17.2.1. Требования к конструкции соединений
На рис. 17.6 приведены четыре типовые группы соединений А, В, В, Г по конструктивному признаку с указанием соответ ствующих схем МИС (см. рис. 17.2) для их изготовления. Для получения цилиндрических поверхностей соединения (по группам А, Б) применяют схемы а, б, д, е, при сварке труб типов 9, 10, 13 и 14 разных диаметров, труб типов II и 12
Л(а,д) |
6(f,e ) |
в(в) |
Г(г) |
13
1 . ! Т : ^ 7
a-miJ —J ДИЦЯц,
Z Z 2 |
п {7777Щ п |
|
7ZZZA |
|
7 7 Ш |
|
|
|
|
|
7 |
11 |
,!т |
|
я |
- 1 |
||
|
|
|
|
|
|
1 |
LB |
|
|
|
|
|
11 |
16 |
|
£ |
£ | £ 3 |
|
|
*>нс* 17.6. Классифнкшцяй соединений, получаемых МИС
с фланцами и трубными досками, а также труб типов 15 и 16 с тягами и заглушками применяют схемы в и г . Схему ж при меняют для сварки труб типов 1, 5, 9 и 13.
Требования к конструкции соединений — равнопрочность сварного соединения менее прочному из соединяемых матери алов, при сохранении вакуумной плотности швов после много кратных термоциклических и вибрационных нагрузок.
17.2.2. Подготовка поверхности
Очистка соединяемых поверхностей включает следующие опе рации: удаление внешних загрязнений, масла, краски, пыли и др.; обезжиривание в бензине, ацетоне свариваемых поверх ностей и инструмента; механическая зачистка специальным ре заком, шабером; обезвоживание спиртом.
17.2.3. Выбор параметров режима
Сварное соединение при МИС образуется при 0=1504-300 м/с и 1»к= 15004-2400 м/с независимо от начальных параметров процесса при Рк= 4004-5000 МПа. При сварке материалов по схеме рис. 17.2, а при 6=0,5 мм в сочетаниях АД1+АД1 и АД1 (метаемый) 4-АМгЗМ к началу образования сварного соедине ния v„, vK и а равны соответственно 240—280, 1900—2200 м/с, 5—6,8° и 240—300, 2000—2400 м/с, 4—6°.
|
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А 17.2 |
||
ЗАВИСИМОСТЬ С РЕД Н ЕЙ Ш ИРИНЫ ЗО Н Ы С О ЕД И Н ЕН И Я |
<»ср |
||||||
ОТ |
М АТЕРИАЛА И ТОЛЩ ИНЫ Д Е Т А Л ЕЙ , |
ЭН ЕРГИ И |
|
||||
|
|
РА ЗРЯ Д А |
[1] |
|
|
|
|
Материал и толщина детали |
Начальные параметры |
|
|
||||
(SQ, мм). |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
«с |
|
£ |
асР’ |
|
|
|
|
со |
я |
п |
град. |
метаемой |
неподвижной |
схема |
б, мм |
о. |
|
||
U |
я |
X |
|
||||
|
|
|
|
£ |
•о |
h |
|
АД1 (1,35) |
АД1 (1,35) |
Рис. 17.2, а |
0,5 |
7 |
0 |
6,1 |
6,8-8,75 |
АД1 (1,35) |
АМгЗМ (1,05) |
Рис. 17.2, а |
0,5 |
7 |
0 |
8,6 |
4,85 |
АМгЗМ (1,05) |
АД1 (1,35) |
Рис. 17.2, а |
0,5 |
7 |
0 |
11,8 |
6,1-6,4 |
АД1 (0,87) |
АМгЗМ (1,50) |
Рис. 17.2, а |
0,5 |
7 |
0 |
6,1 |
6,5—7,6 |
АД1 (1,65) |
АМгЗМ (1,50) |
Рис. 17.2, а |
1,5 |
7 |
0 |
7,0 |
8,25 |
10,0 |
5,0 |
||||||
|
|
|
|
|
|
11,8 |
7-7,5 |
АМц(1,0—2,0) |
12X18Н ЮТ |
Рис. 17.1 |
0,5—0,75 |
5 |
+1 |
13,2 |
2—4 |
М3 (0,5—1,0) |
(0,3—2) |
|
|
|
|
|
2 -3 |
12Х18Н10Т |
Рис. 17.1 |
0,5—0,75 |
5 |
+1 |
15,7 |
||
|
(0,3—2,5) |
|
|
|
|
|
|
При сварке по схеме рис. 17.1 стали 12Х18Н10Т с метае мыми деталями из алюминиевого сплава АМц и меди М3 при
6=0,54-0,7 мм vH, VI |
и |
а |
равны 150—180, 1500—2100 м/с, 5°, |
||
а при сварке М1+М1 |
и |
АД1 (метаемая) +М1 при 6=0,54- |
|||
-4-1,75 мм Он и а |
равны 140—250 м/с и 3—5°. |
ширины |
|||
В табл. 17.2 |
приведены |
средние значения средней |
|||
зоны соединения |
с |
соответствующими начальными |
парамет |
||
рами процесса. |
|
|
|
|
|
17.3.Оборудование, инструмент и оснастка для МИС
17.3.1.Оборудование
Магнитно-импульсные установки (МИУ) представляют собой комплекс энергетического и технологического оборудования. На рис. 17.7 представлена функциональная схема МИУ. В табл.
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А |
17.3 |
|
|
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖ НЫХ |
|
||||
|
МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНЫХ УСТАНОВОК [1] |
|
||||
Тип установки |
W. |
y mln- |
С, мкФ |
L, мкГ /, |
кГц |
|
|
|
кДж |
кВ |
|
|
|
МИУ-20, ХПИ (СССР) |
20 |
20 |
100 |
0,085 |
50 |
|
МИУ-50, |
ХПИ |
50 |
(18,3)* |
300 |
0,100 |
(29,0) |
МИУ-100, |
ХПИ |
100 |
20 |
500 |
0,045 |
30 |
МИУ-20/5, ЭНИКмаш |
20 |
5 |
(1600) |
(0,0159) |
30 |
|
ЭМУ-1, НИИТмаш |
3,5 |
5 |
280 |
(1,00) |
30 |
|
ЭМУ-2, ВНИИТмаш |
16 |
20 |
80 |
(0,022) |
120 |
|
ЭМУ-3, НИИТмаш |
21 |
5 |
1680 |
(0,0355) |
20 |
|
МИУ-20, |
ХПИКу |
18,9 |
21 |
86 |
0,126 |
48,5 |
МИУ-15, |
КуАИ |
15 |
10 |
300 |
0,21 |
20 |
МИУ-40, КуАИ |
40 |
5 |
3360 |
0,012 |
25 |
|
МИУ-60, |
КуАИ |
60 |
10 |
1230 |
0,252 |
9 |
МИУ-100, КуАИ |
100 |
50 |
80 |
0,175 |
42,5 |
|
«Magneform-l», США |
6 |
8,3 |
180 |
(0,0145) |
100 |
|
«Magneform-l2», США |
12 |
8,3 |
(220) |
(0,0117) |
100 |
|
«Magneform-l4», США |
2 |
8,3 |
(58) |
(0,121) |
60 |
|
«Magneform-Зб», США |
36 |
8,3 |
(1044) |
— |
— |
|
«Magneform-84», США |
84 |
8,3 |
(2436) |
— |
— |
|
«Elmag», |
ЧСФР |
7,5 |
10 |
(150) |
(0,745) |
15 |
«Ml MR-1» ФРГ |
5,5 |
19,1 |
30 |
(0,530) |
40 |
|
«ВВС», ФРГ |
10 |
10 |
(200) |
(0,391) |
18 |
|
П р и м е ч а н и е . |
W — максимальная |
запасаемая энергия, |
U m \n — номинальное |
|||
напряжение; С — емкость батареи конденсаторов; L |
— индуктивность разрядного кон |
|||||
тура; / — собственная частота разрядного контура. |
|
|
|
|||
* В скобках приведены ориентировочные расчетные значения характеристик.
|
|
|
|
АА |
|
|
|
|
17.3 |
приведены |
основные |
тех |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нические |
характеристики |
соз |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
данных в СССР и за рубежом |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МИУ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17.3.2. Инструмент |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Индуктор — основной инстру |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мент |
при |
МИС — состоящий |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
из токопроводящей |
спирали, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
токоподводов, изоляции и эле |
|||||||
Рис. |
17.7. |
Функциональная |
схема |
|
МИУ: |
ментов |
механического усилия. |
|||||||||
С — емкость |
накопителя; |
ЗУ — зарядное |
Индукторы делятся: по назна |
|||||||||||||
устройство; |
ПУ — повышающее |
устрой |
||||||||||||||
ство |
(высоковольтный |
трансформатор); |
чению — для |
обжима, |
раз |
|||||||||||
ВУ — выпрямительное |
устройство; |
Р — |
||||||||||||||
коммутирующее |
устройство; |
ПРУ — пус- |
дачи |
трубных |
и |
деформации |
||||||||||
корегулнрующее |
устройство; |
АА — аппа |
плоских деталей; |
по принципу |
||||||||||||
ратура н автоматика; |
БПУ — блок поджи |
|||||||||||||||
гающего устройства; |
БА — блок |
автома |
работы |
— одноступенчатые, |
||||||||||||
тики; |
3 — задатчик; |
КЗ — короткозамы- |
||||||||||||||
катель с блокировками (защитное уст |
многоступенчатые, |
с непосред |
||||||||||||||
ройство); |
ИА — измерительная |
аппара |
ственным подводом тока к ме |
|||||||||||||
тура; |
ДН — делитель |
напряжения; |
И — |
|||||||||||||
индуктор |
|
|
|
|
|
|
|
таемой |
детали; |
по |
конструк |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тивному |
|
выполнению — спи |
|||||
ральные, с концентраторами магнитного поля, одновитковые, одновитковые с согласующими устройствами, коаксиальные, петлевые. Спирали витого индуктора и корпуса индукторов с концентраторами магнитного поля выполняются из следую
щих |
материалов — медь, латунь, бронза, |
малоуглеродистые |
стали, |
бериллиевая бронза, циркониевая |
и кадмиевая медь, |
вольфрам, молибден. Конструктивные элементы индуктора и их изоляция изготавливаются из малоуглеродистой стали, текстолита, дельта-древесины, стеклоэпоксидных композиций, слюды, фторопластовых и полиамидных пленок.
17.3.3. Оснастка
Качественное сварное соединение при МИС достигается при использовании специальной оснастки, обеспечивающей точную центровку свариваемых деталей относительно индуктора, сво бодное перемещение метаемой детали к неподвижной, предо твращение деформации неподвижной детали и возможность извлечения изготовленных элементов (см. рис. 17.1).
17.4.Контроль качества соединений
Для контроля сварных соединений при МИС могут успешно применяться разработанные методы неразрушающего и разру шающего контроля соединений, изготовленных холодной [5] и
зов
контактной [6] сваркой. К новым относят способы контроля соединений при МИС, основанные на применении магнитных полей высокой напряженности и ударных волн [1].
Глава 18. ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СВАРКА
18.1. Общие сведения
Под высокочастотной сваркой понимается любой метод сварки металлов, использующий для нагрева свариваемых поверхностей токи высокой частоты. Эта формулировка объединяет ряд способов сварки, существенно различаю щихся механизмом образования сварного соединения, методами подвода энергии и характером прохождения тока по нагреваемым поверхностям (табл 18.1).
При высокочастотной сварке энергия к свариваемым поверхностям по дается за счет теплоты, выделяющейся в результате протекания в сваривае мых деталях токов высокой частоты.
Этот ток может подводиться к свариваемым деталям двумя способами:
— при |
помощи проводников (кондуктора), подключающих свариваемые |
|
детали |
к |
источнику ТВЧ (кондуктивный способ подачи энергии); |
— за счет ^индуктирования в свариваемых деталях тока высокой час |
||
тоты с |
помощью токопроводящего витка (индуктора), подключенного к ис |
|
точнику |
ТВЧ (индукционный способ подачи энергии). |
|
Применение токов высокой частоты, по сравнению с другими методами передачи энергии, обеспечивает: строгую локализацию энергии в заданном объеме, в частности в зоне*сварки; высокую интенсивность и эффективность передачи энергии с повышением частоты тока, что упрощает устройства для передачи энергии, в частности позволяет обеспечить бесконтактную ее пе редачу.
Нагрев свариваемых поверхностей при высокочастотной сварке обеспе чивается за счет использования основных эффектов, связанных с прохожде нием тока высокой частоты по металлическим проводникам. К этим основ ным эффектам относятся: поверхностный эффект и эффект близости.
При пропускании тока высокой частоты по проводнику вокруг и внутри
проводника создается |
магнитное поле, |
которое, согласно закону электромаг- |
|
|
Т А Б Л И Ц А 18.1 |
ПРИМЕРНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ |
||
|
ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ |
|
Наименование приэнака |
Особенности приэнака |
|
Принцип образования |
сварного шва |
С приложением давления, плавлением, |
Метод концентрации тока на сварива |
без приложения давления |
|
Автоконцентрацня тока, принудитель |
||
емых поверхностях |
|
ная концентрация |
Метод подвода тока |
|
Контактный, индуктивный |
Среда |
|
Окислительная (воздух), нейтральная, |
Характер процесса |
|
восстановительная, вакуум |
|
Непрерывный, одновременный |
|
Частота тока |
|
Средняя (до 10 кГц), радиочастота |
|
|
(свыше 60 кГц) |