нитной индукции, вызывает в проводнике э. д. с. самоиндукции, которая будет направлена противоположно э. д. с. источника питания. При этом э. д. с. самоиндукции, воздействующая на внутренние линии тока, будет больше, чем э. д. с. самоиндукции воздействующая на поверхностные линии тока. Это приводит к тому, что плотность тока на поверхности будет больше, чем во внутренней области проводника. Такая неравномерность будет уве личиваться по мере повышения частоты тока, т. е. величина э. д. с. самоин дукции пропорциональна частоте тока. Таким образом, с повышением час тоты тока концентрация тока на поверхности проводника будет увеличи ваться. Этот эффект называется поверхностным эффектом.
При сильном проявлении поверхностного эффекта уменьшение плотно сти по мере удаления от поверхности к центру проводника происходит по закону
/ * = / 0е - * / \ |
(18.1) |
где /* — плотность тока на |
расстоянии х от поверхности проводника; А — |
расстояние от поверхности проводника в направлении к центру, на котором
плотность тока убывает в |
е раз (е«2,72) по сравнению с плотностью тока |
на поверхности. Параметр |
А условно называют глубиной проникновения |
тока (табл. 18.2). Глубина проникновения тока (в метрах) определяется выражением
Д = 503 Vp/i7. |
|
(18.2) |
где \i — относительная магнитная проницаемость материала. |
Если |
глубина |
проникновения тока намного меньше радиуса проводника, то |
это |
означает |
сильное проявление поверхностного эффекта. При сильном проявлении поверх ностного эффекта ток по центральной части проводника практически не течет, что, естественно, приводит к увеличению активного сопротивления и усилению нагрева проводника.
Таким образом, с повышением частоты тока увеличивается интенсив ность нагрева проводников при одном и том же значении тока. Этот факт
является одним |
из оснований |
для применения токов |
высокой частоты |
||||||
в электротермии. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А |
18.2 |
||
ГЛУБИНА ПРОНИКНОВЕНИЯ |
ТОКА |
ДЛЯ |
НЕФЕРРОМАГНИТНЫХ |
|
|||||
|
|
МАТЕРИАЛОВ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Глубина проникновения тока, мм, |
|||||
Материал |
т, °с |
р, мкОм м |
|
для значений f, кГц |
|
||||
|
|
|
|
|
1760 |
||||
|
|
|
|
8 |
10 |
| во |
j |
440 |
|
Серебро |
20 |
0,016 |
0,71 |
0,63 |
0,247 |
0,096 |
0,049 |
||
Медь |
20 |
0,018 |
0,75 |
0,67 |
0,265 |
0,102 |
0,051 |
||
Алюминий |
20 |
0,03 |
0,95 |
0,86 |
0,33 |
0,13 |
0,065 |
||
Молибден |
20 |
0,058 |
1,34 |
1,2 |
0,46 |
0,183 |
0,092 |
||
Вольфрам |
20 |
0,069 |
1,47 |
1,32 |
0,52 |
0,2 |
0,1 |
||
Латунь |
20 |
0,07 |
1,5 |
1,35 |
0,53 |
0,201 |
0,101 |
||
Никель |
1000 |
0,49 |
4 |
3,57 |
1,34 |
0,52 |
0,26 |
||
Сталь |
800—1300 |
|
1,2 |
6,15 |
5,52 |
и |
|
0,83 |
0,42 |
Титан |
800 |
|
1,5 |
6,85 |
6,15 |
2,4 |
|
0,94 |
0,47 |
Графит |
600 |
|
10 |
18 |
15,9 |
5,8 |
|
2,4 |
1,2 |
№
п.п
|
МЕТОДЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ |
|
|
Свариваемые |
Метод сварки |
Конструктивная |
Механизм нагрева |
элементы |
схема* |
||
Торцы |
прямо |
Стыковая |
|
|
угольных |
кро |
|
|
|
мок |
|
|
|
|
Ребро |
с |
пло |
Продольная |
|
скостью |
|
|
стыковая Т-об- |
|
|
|
|
разных профи |
|
|
|
|
лей |
|
Ребро с трубой |
Стыковая |
при |
||
|
|
|
продольном |
|
|
|
|
оребрении тру^ |
|
Боковые |
по |
Внахлест |
|
|
верхности |
кро |
|
|
|
мок |
|
|
|
|
Торцы |
прямо |
Стыковая |
|
|
угольных |
кро |
|
|
|
мок |
|
|
|
|
То же |
|
|
То же |
|
Торцы труб |
Стыковая без- |
|||
|
|
|
гратовая |
|
Отбортованные |
Плавлением |
|||
кромки |
|
|
или с |
прило |
|
|
|
жением |
давле |
То же |
|
|
ния |
|
|
|
То же |
|
|
Автоконцент рация тока на свариваемых поверхностях
f
Принудитель ная концентра ция тока (ПКТ) одиночным пря моугольным проводником
ПКТ линейным J jggflj индуктором с
магнитопроводом
ПКТ кольцевым охватывающим индуктором с магнитопроводом ПКТ индукто
Ш . ром с магнито проводом
ПКТ двумя ин дукторами
* Штриховые линии — направления силовых линий магнитного поля.
Эффект близости заключается в перераспределении линий тока4 проте кающих в соседних проводниках, вследствие их взаимного влияния. Это яв ление имеет место только в случае достаточно сильного проявления поверх ностного эффекта, т. е. при условии, что глубина проникновения тока достаточно мала по сравнению с поперечными размерами проводника и по перечное сечение проводника лишь частично занято током.
Если проводник с током высокой частоты, который мы будем Называть индуктором, расположить над проводящей пластиной, то максимальная плотность тока в пластине будет под индуктором. Ток на поверхности плас тины будет как бы следовать за индуктором. Это явление позволяет управ лять распределением тока в свариваемых телах и играет большую роль при высокочастотной сварке.
Следует выделить два механизма нагрева свариваемых поверхностей: автоконцентрацию тока и принудительную концентрацию тока.
В табл. 18.3 представлены основные конструктивные схемы деталей, сва риваемых за счет нагрева методом автоконцентрации тока. Суть способа нагрева за счет автоконцентрации тока заключается в том, что по каждой из свариваемых поверхностей пропускают токи, направление которых в каж дый момент времени противоположны один другому. В этом случае за счет эффекта близости происходит самоконцентрация тока на свариваемых по верхностях, причем эта самоконцентрация проявляется тем сильнее, чем ближе между собой свариваемые поверхности и чем выше частота тока.
Этот способ наиболее просто реализуется при непрерывном движении сва риваемых кромок, сходящихся иод некоторым углом.
При пропускании тока высокой частоты по V-образному контуру, обра
зованному сходящимися кромками, |
реализуются схемы, |
представленные |
в табл. 18.3, и происходит нагрев |
кромок. Максимальная |
температура до |
стигается в зоне соприкосновения кромок между собой, после чего прикла дывается давление и формируется сварное соединение.
При одновременной высокочастотной сварке сразу по всему контуру сва
риваемого изделия |
обычно используется метод принудительной |
концентра |
ции тока. В табл. |
18.3 представлены основные конструктивные |
схемы де |
талей, свариваемых |
указанным методом. |
|
При йропускании через индуктирующий провод тока высокой частоты в нагреваемых изделиях возникает ток, противоположный по фазе току ин дуктора. Вследствие эффекта близости индуктированный ток будет проте кать по зоне, определяемой конструкцией и расположением индуктора. Сва
рочный ток как бы |
принуждают концентрироваться |
в определенной зоне. |
Н а' описанных |
принципах нагрева свариваемых |
поверхностей базиру |
ются практически все методы подвода тока при высокочастотной сварке. |
||
18.2. Кондуктивный токоподвод |
|
|
при непрерывной |
высокочастотной стыковой |
сварке |
Наибольшее распространение этот метод нашел при производ стве электросварных труб.
Принципиальная схема высокочастотной сварки труб при кондуктнвноМ подводе тока показана на рис. 1, а. В специальном формовочном стане из непрерывной полосы формуется трубная заготовка /, которая поступает в сварочные валки 3, обеспечивающие сжатие кромок. При этом кромки образуют щель V-образной формы. К кромкам трубной заготовки на некото ром расстоянии от оси сварочных валков подводятся контакты 2, которые при движении трубной заготовки скользят по ее поверхности. Контактное устройство (кондуктор) подключается к генератору высокой частоты, и по сварочному контуру, образованному кромками трубной заготовки, кон тактами и вторичной обмоткой сварочного трансформатора 4, начинает
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТОЛЩИНЫ КРОМОК, ММ |
|
|
|||||
Материал |
Толщина кромок |
|
Частота тока, кГц |
|
|||
1760 |
440 |
220 |
70 |
10 |
|||
|
|
||||||
Сталь |
Минимальная |
0,2 |
0,4 |
0,55 |
1,0 |
2,5 |
|
Алюминиевые сплавы |
Максимальная |
2,0 |
4,0 |
5,5 |
10,0 |
25,0 |
|
Минимальная |
0,35 |
0,7 |
0,9 |
1,75 |
— |
||
|
Максимальная |
1,25 |
2,5 |
3,5 |
6,0 |
— |
|
Чем ближе кромки одна к другой и чем выше частота тока, тем больше степень концентрации тока на свариваемых поверх ностях. Происходит автоконцентрация тока, т. е. распределение тока на кромках определяется в основном их взаимным распо ложением и практически не зависит от источника, вызвавшего ток в кромках, в данном случае кондуктора.
Проходя вдоль кромок электрический ток нагревает их до температуры сварки, и специальный механизм, в случае сварки труб это валки, обеспечивает сжатие торцов кромок и их де формацию, необходимую для образования соединения.
Как правило, процесс ведется с оплавлением кромок, и его можно отнести к разновидности стыковой сварки оплавлением.
Оптимальная частота тока зависит от толщины кромок. Чем больше толщина, тем ниже частота тока. На практике диапа зон допустимых частот достаточно широк, и выбор рациональ ных частот тока может быть сделан на основе рекомендаций, приведенных в табл. 18.4.
В отношении расхода электроэнергии контактный подвод тока является самым экономичным, но быстрый износ контак тов вызывает дополнительные расходы, связанные с их заменой и простоем оборудования.
Износостойкость контактов и надежность систем со сколь зящими контактами зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются материал контактов, усилие прижима, ус ловия охлаждения, величина тока.
В качестве контактных наконечников используются медные водоохлаждаемые пластины, армированные вольфрамовыми прутками, бронзовые пластины, специальные сплавы на основе меди. Существенное влияние на износостойкость контактов ока зывает приложенное к ним давление. Оптимальным является давление 1—2 МПа.
Удельный линейный износ контактов сечением 200—800 ммг из бронзы и меди при токах до 2 кА составляет 0,2—0,4 мм/км сваренного шва. Износостойкость контактов из специальных медных сплавов в несколько раз выше. Наиболее широкое при