Применение такого оборудования позволяет буквально за несколько секунд нагреть детали до нужной температуры, при которой металл становится мягким и легко поддается сварке. В продаже имеется большой выбор оборудования для индукционного нагрева металлических заготовок. Модели отличаются по мощности, рабочему напряжению и частоте тока, стоимости, конструктивным особенностям и другим критериям. Вы легко подберете устройство для индукционного нагрева, которое отвечает конкретным требованиям и устраивает по цене.
Устройство индуктора
Техника для индукционного нагрева металлов имеет сборную конструкцию. Она состоит из двух основных узлов – самого индуктора, а также генерирующей установки, которая вырабатывает высокочастотные импульсы тока.
Индуктор представляет собой обыкновенную катушку индуктивности, состоящую из нескольких витков медного проводника. Для производства этих компонентов используется только бескислородная медь, в которой содержание посторонних примесей не должно превышать 0,1 %. Данное устройство может иметь различный диаметр (от 16 до 250 мм в зависимости от модели). Количество витков варьируется в пределах от 1 до 4.
Генератор, вырабатывающий импульсные токи для катушки индукционного нагрева, имеет достаточно внушительные габариты и массу. Он может быть выполнен по любой схеме генерации высокочастотных импульсов. К примеру, в современной промышленности часто используются генерирующие агрегаты, построенные на базе мультивибраторов, RC-генераторов, релаксационных контуров и т. д.
Если оборудование используется преимущественно для нагрева мелких деталей, частота вырабатываемых импульсов должна составлять не менее 5 МГц. Эти агрегаты разрабатываются на основе электронных ламп. Если же техника применяется для нагрева крупных металлических заготовок, целесообразно использовать индукционные установки с рабочей частотой до 300 кГц, построенные на базе инверторов на IGBT-схемах или MOSFET-транзисторах.
Принцип работы индукторов
Устройства для индукционного нагрева металлов работают по простому принципу, базирующемуся на явлении электромагнитной индукции. Когда через катушку проходит переменный ток высокой частоты, вокруг и внутри нее образуется мощное магнитное поле. Оно вызывает появление вихревых токов внутри обрабатываемой металлической заготовки.
Поскольку деталь, как правило, имеет крайне малое электрическое сопротивление, она быстро нагревается под воздействием вихревых токов. В итоге ее температура увеличивается до такой степени, что металл становится более мягким и начинает плавиться. Именно в этот момент выполняется сваривание концов обрабатываемых заготовок.
Страница 1 из 2
Индукционная сварка – это технология сварки металлических деталей путём нагрева свариваемых поверхностей под действием индуцированного тока. Говоря иначе, это вид сварки, при котором для нагрева свариваемых заготовок используется электромагнитная индукция.
В индукционном сварочном аппарате имеется индукционная катушка, которая возбуждается электрическим током высокой частоты. Она генерирует высокочастотное электромагнитное поле, которое воздействует на заготовку либо из токопроводящего, либо из ферромагнитного материала. В заготовке из токопроводящего материала основным видом нагрева является резистивный нагрев, вызванный индуцированными (вихревыми) токами.
В заготовке из ферромагнитного материала нагрев происходит главным образом под действием гистерезиса, так как электромагнитное поле циклически перемагничивает области спонтанной однонаправленной намагниченности (так называемые «домены») ферромагнитного материала. На практике большинство материалов подвергаются комбинированному воздействию и резистивного нагрева, и гистерезиса.
Немагнитные и электроизоляционные материалы, такие как пластмассы, могут быть подвергнуты индукционной сварке путём имплантации внутрь них металлических или ферромагнитных смесей, так называемых приемников индукционных токов, которые отбирают электромагнитную энергию у индукционной катушки, нагреваются и вследствие теплопроводности отдают своё тепло окружающему их материалу.
Индукционная сварка является высокоавтоматизированным процессом, который используется для выполнения длинных однопроходных сварных швов (как правило, для сварки продольного трубного шва). Процесс индукционной сварки может осуществляться очень быстро, так как к месту сварки можно передавать большое количество энергии, благодаря чему обеспечиваются очень быстрое плавление сопрягаемых при сварке поверхностей и возможность их прижима друг к другу для получения непрерывного сварного шва.
Глубина, на которую индуцированные токи, а, следовательно, и тепло, проникают внутрь материала, обратно пропорциональна квадратному корню из частоты токов. На глубину проникновения индуцированных токов также влияют температура и химический состав свариваемых металлов. Индукционная сварка имеет большое сходство с контактной сваркой, однако при контактной сварке электрический ток появляется в заготовке в результате контакта между ней и сварочными электродами, а не за счёт электромагнитной индукции.
<< Первая < Предыдущая 1 Следующая > Последняя >>
| < Предыдущая | Следующая > |
Основные разновидности индукторов
В современной промышленности получили широкое распространение три типа агрегатов для индукционного нагрева металлических деталей:
- трубчатые. Внешне такие устройства напоминают бытовые кипятильники. Индукторы состоят из 2, 3 или 4 витков медного проводника, поверхность которого обработана специальным защитным покрытием. Эти агрегаты применяются для индукционного нагрева небольших деталей. Внутренние диаметры рабочих элементов, как правило, варьируются в диапазоне от 16 до 90 мм;
- ленточные. Отличительной особенностью оборудования этого типа является увеличенный внутренний диаметр. Данный параметр может варьироваться в пределах от 28 до 250 мм. Большинство моделей ленточных индукторов состоит из 1 или 2 витков. Витки помещены в защитную ленточную оболочку;
- сборные. Оборудование данного вида применяется для индукционного нагрева больших металлических заготовок. Внутренний диаметр рабочих элементов составляет от 70 до 610 мм. Мощность нагрева для некоторых моделей этих устройств может достигать 400 кВт;
Преимущества индукционного нагрева
Технология индукционного нагрева обладает рядом преимуществ.
- Индукционное оборудование позволяет быстро разогревать и плавить любые металлические детали. Термическая обработка заготовок при этом может проводиться в десятки раз быстрее, чем при применении газовых горелок. Индукционный агрегат позволяет получить нужную температуру детали буквально за несколько секунд.
- Нагрев можно проводить в различной среде. К примеру, индукционный агрегат вместе с заготовкой могут помещаться в атмосферу защитного газа, окислительную или восстановительную среду, жидкость и даже вакуум. Стандартные устройства газового разогрева не могут использоваться в подобных условиях.
- Процесс индукционного нагрева происходит исключительно за счет тепловой энергии, которая выделяется при прохождении вихревых токов через заготовку. Поэтому поверхность детали не загрязняется продуктами горения факела (как при газопламенном нагреве) или веществом электрода (как при дуговой сварке).
- Агрегаты индукционного нагрева можно использовать в любых условиях, даже в плохо проветриваемых и закрытых помещениях. Это обусловлено тем, что в процессе работы такое оборудование не загрязняет окружающий воздух продуктами сгорания.
- Индукторы можно использовать для местного и избирательного нагрева заготовок, при котором нужно повысить температуру не всей детали, а отдельных ее частей.
мтомд.инфо
Индукционная сварка металлов
При индукционной сварке (ИС) детали нагревают или вихревыми токами, наводимыми магнитным полем, создаваемым близко расположенным к изделию индуктором, подключенным к генератору токами высокой частоты (индукционная схема), или протекаемым током в случае, когда изделие включено непосредственно в цепь высокочастотного генератора (кондукционная схема токоподвода). Этим методом можно соединять черные и цветные металлы и их сплавы, а также пластмассы и синтетические ткани. При индукционном подводе тока соединяемые трубы перед обжимными валками проходят в непосредственной близости от трансформатора или индуктора. Две кромки трубы, расположенные с диаметрально противоположных сторон, подаются друг к другу под некоторым углом, образуя щель V-образной формы. При прохождении под индуктором в свариваемых деталях индуктируются вихревые токи, направленные противоположно току в индукторе. Встречая на своем пути V-образную щель, ток отклоняется к вершине угла схождения. В силу эффекта близости и поверхностного эффекта ток концентрируется в основном на свариваемых участках поверхностей, обращенных друг к другу, тем самым обеспечивая быстрый нагрев металла до температуры сварки. Нажимные ролики обеспечивают контакт свариваемых кромок трубы.
Свариваемые кромки необходимо обработать до металлического блеска (допускается прокатная окалина), но на них не допускаются заметные неровности.
Для повышения эффективности нагрева внутрь кольцевого индуктора (в трубную заготовку) вводится ферромагнитная масса — ферритовый магнитный сердечник.
Сварка по этой схеме применяется для изделий, имеющих замкнутое поперечное сечение. Она целесообразна для непрерывной последовательной шовной сварки труб.
Рисунок 1 — Индукционная сварка труб вращающимся трансформатором
1 — сварочный трансформатор (вращающийся трансформатор); 2 — охлаждение; 3 — изоляция; 4 — роликовые электроды; 5 — сварочный шов; 6 — боковые нажимные ролики; 7 — стол; 8 — труба с пазом; 9 — сваренная часть трубы
На рисунке 2 показана схема продольной сварки труб с кольцевым индуктором. Этот метод может применяться для сварки труб диаметром 10—100 мм с толщиной стенок 0,5—15 мм из низкоуглеродистых и высокоуглеродистых сталей, нержавеющих и кислотостойких сталей, труб из цветных металлов — меди, латуни, бронзы, алюминия и их сплавов.
Рисунок 2 — Индукционная сварка труб со стержневым индуктором
1 — несваренная часть трубы; 2 — токопроводящая шина; 3 — охлаждающий канал; 4 — магнитное ярмо; 5 — пара нажимных роликов; 6 — индукционный генератор; 7 — сваренная часть трубы
С увеличением диаметра труб эффективность охватывающих индукторов резко снижается, наиболее эффективным оказался подвод тока с помощью внутренних индукторов или по совмещенной системе, использующей одновременно как охватывающие, так и внутренние индукторы. Основной эффект от применения внутренних индукторов связан с возможностью уменьшения потерь в теле трубной заготовки.
Рисунок 3 — Индукционная сварка труб с кольцевым индуктором
1 — шлицевая труба; 2 — кольцевой индуктор; 3 — магнитный сердечник (используется при малом диаметре труб); 4 — зона токопрохождения; 5 — пара нажимных роликов; 6 — генератор высокой частоты; 7 — сваренная часть трубы; 8 — охлаждение водой
В результате большого удельного давления образуется значительный грат, который следует удалить из зоны сварки. При последовательном расположении стержневых индукторов одинаковой или различной мощности можно проводить предварительный и окончательный нагрев, а также сварку труб с большой толщиной стенок.
С помощью сварки изготавливают высококачественные стальные трубы в соответствии с условиями поставки на сварные стальные трубы.
Рисунок 4 — Индукционная стыковая сварка труб
1 — свариваемая труба; 2 — индуктор; 3 — магнитопровод; 4 — зажимы для фиксации свариваемых труб и создания осадки
Имеющийся зазор между индуктором и изделием позволяет сваривать горячекатаный материал без специальной обработки поверхности и торцов заготовки.
Преимущества индукционной сварки с индукционным подводом следующие:
- быстрый нагрев;
- продолжительный срок службы индуктора;
- отсутствие на свариваемых деталях под индуктором рисок, царапин и др.
К недостаткам индукционной сварки следует отнести:
- сложность поддержания равномерного зазора между индуктором и поверхностью свариваемых деталей;
- сравнительно высокую потребляемую мощность из-за растекания тока по поверхности трубы вне зоны сварки и трудность сосредоточения разогрева в зоне сварки.
В отличие от индукционного токоподвода при контактном наблюдается сконцентрированное выделение теплоты в зоне сварки.
Контактный токоподвод при непрерывной сварке применяется чаще всего при производстве электросварных труб. Эта схема позволяет существенно расширить номенклатуру свариваемых изделий, более экономно расходовать энергию, но при этом приходится считаться с ограниченным ресурсом токоподводов. Износостойкость контактов и надежность систем со скользящими контактами зависят от ряда факторов, важнейшими из которых являются материал контактов, сила прижима, условия охлаждения, величина тока.
Рисунок 5 — Индукционная сварка труб с контактными электродами
1 — несваренная часть трубы; 2 — скользящий контакт тока высокой частоты; 3 — зона токопрохождения на трубе; 4 — пара нажимных роликов; 5 — генератор высокой частоты; 6 — свариваемая труба; 7 — охлаждение водой
Промышленное применение индукционной сварки связано главным образом с трубным производством, где этот процесс во многих случаях заменяет контактную и дуговую сварки. Индукционной сваркой изготавливают прямошовные трубы (из сталей, алюминиевых сплавов, латуни и др.) малого и среднего диаметров (12… 150 мм) при толщине стенки 0,8…6 мм, а также большого диаметра (400…600 мм) при толщине стенки до 8 мм. Наряду с основными их потребителями (машиностроение и строительные конструкции), они находят все большее применение в нефте- и газодобыче. Так, в США производство сварных труб для этих целей достигло 30% от общего выпуска; крупные мощности по производству обсадных и насосно-компрессорных труб введены в Японии. В ряде стран применяется индукционная сварка при производстве прямошовных труб большого (450… 1220 мм) диаметра с толщиной стенки до 16 мм из листов длиной 12 м.
Индукционная сварка получила распространение для изготовления биметаллических полос толщиной до 14 мм и металлических оболочек электрических кабелей.
Вместе с этим индукционная сварка находит достаточно широкое применение для соединения пластмасс и текстильных материалов.
Недостатки технологии
Метод индукционного нагрева металлических заготовок имеет и некоторые недостатки, которые обязательно нужно учесть, прежде чем приступить к работе с оборудованием.
- Индукторы имеют достаточно сложную конструкцию. Для работы с ними, их ремонта и обслуживания нужно привлекать квалифицированных специалистов, прошедших соответствующую подготовку.
- Для полноценной эксплуатации устройств индукционного нагрева требуется мощный источник электрической энергии. Также необходимо иметь специальный бак и насос, чтобы обеспечить качественное охлаждение агрегата.
- Несмотря на довольно компактные размеры самого индуктора, вся установка в комплекте с генератором занимает много места и имеет большой вес. Поэтому такая техника непригодна для работы в полевых условиях. Ее целесообразно использовать для стационарной установки в помещениях. Для выездных работ лучше применять другие виды техники для нагрева металлических деталей.
Как индукционный нагрев применяется в сварке
Процесс сваривания металлических деталей при помощи устройств индукционного нагрева происходит следующим образом. Свариваемые заготовки помещаются внутрь витков индуктора, на него подается ток высокого напряжения и частоты. В этот момент возникают вихревые токи, в результате чего детали быстро нагреваются. Противоположные края свариваемых заготовок сближают по направлению друг к другу, располагая их под некоторым углом.
В момент, когда детали соприкасаются, между их кромками образуется V-образная щель. Вихревые токи, сгенерированные в заготовках, встречают на своем пути эту щель и отклоняются ближе к вершине угла схождения. В силу поверхностного эффекта электрический заряд сосредоточивается на краях свариваемых деталей, и именно в этих точках нагрев происходит более интенсивно. В конечном итоге кромки заготовок плавятся и соединяются между собой. По мере их сваривания положение деталей выравнивается до горизонтального, V-образная щель исчезает, и металлические элементы прочно привариваются друг к другу.
Технология выполнения индукционной сварки
Так как изделия из прочных металлов обладают высоким уровнем индуктивного сопротивления, то высокочастотный ток не распространяется по периметру, в результате чего, трубы подвергаются сжиманию и свариваются. Соединение заготовок производится при размещении их в индуктор. В тот момент, когда свариваемые детали помещаются в индуктор, на участках соединения осуществляется индукция вихревых токов, которые имеют противоположное направление относительного тока, размещенного в индукторе.
Проходящим токам на пути попадается щель соединения, и они движутся по направлению к ней. Концентрация тока сосредоточена, главным образом, на свариваемых частях поверхности, и металл быстро нагревается до требуемой температуры, которая является оптимальной для сварки.
