24artstroy.ru

Строительный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Характеристика и принципы работы высокочастотной сварки

Способ включает использование законов и явлений физики.

  • эффекта близости;
  • возникновения электромагнитных сил;
  • поверхностного эффекта;
  • влияния на распределение тока в проводнике медных экранов и магнитопроводов;
  • катушечного или кольцевого эффекта;
  • изменения свойств металлов при изменении напряженности магнитного поля и температуры.

При высокочастотном нагревании основная роль отводится явлению поверхностного эффекта и эффекта близости.

Поверхностный эффект

Заключается в неравномерности распространения переменного тока по профилю проводника (глубина проникновения тока). У внешней поверхности плотность тока наибольшая и постепенно уменьшается по мере удаления вглубь. В центре тела она минимальна.

Благодаря поверхностному эффекту, в наружных слоях происходит концентрирование выделения энергии и быстрый нагрев металла. Эффект близости также способствует этому проявлению.

Эффект близости

Заявляет о себе путем прохождения в системе проводников переменного тока. На каждый из проводников при этом распространяется влияние как собственного переменного магнитного поля, так и поля других проводников.

Чем меньше расстояние, отделяющее проводники друг от друга, и выше частота тока, тем сильнее эффект близости.

Это явление способствует усилению концентрации энергии во внешнем слое металла, подвергаемому нагреву. Таким образом, выделение тепловой энергии происходит непосредственно в толще металла, обеспечивая быстрый нагрев в сварочной зоне и высокую эффективность способа нагрева.

Применение электросварных прямошовных труб

Электросварные прямошовные трубы универсальны. Они используются в сфере ЖКХ, машиностроении и промышленных отраслях. Чаще всего такие трубы применяются для сооружения инженерных сетей, эксплуатирующихся при повышенных нагрузках. К ним относятся нефте-, газо- и водопроводы, а также сети отопления. Способность электросварных труб выдерживать высокое давление позволяет с успехом использовать их для прокладки локальных и магистральных коммуникаций.

Стальные трубы можно обоснованно назвать уникальным строительным материалом. С их помощью сооружено немало конструкций, достойных занесения в Книгу рекордов Гиннесса. К ним относятся самые длинные в мире трубопроводы для транспортировки различного сырья: нефтепровод «Дружба» (8900 км), газопровод «Запад – Восток» (8407 км), аммиакопровод (2500 км) и даже спиртопровод (135 км). Самым сложным подводным сооружением можно назвать подводный газопровод Langeled. Он состоит из труб диаметром 1200 мм, уложен на глубине до 1200 м и имеет длину 1200 км.

В специальном формовочном стане из непрерывной полосы формируется трубная заготовка, которая поступает в сварочные валки, обеспечивающие сжатие кромок. При этом кромки образуют щель V -образной формы. К кромкам трубной заготовки на некотором расстоянии от оси сварочных валков подводятся контакты, которые при движении заготовки скользят по ее поверхности. Контактное устройство (кондуктор) подключается к генератору высокой частоты, и по сварочному контуру, образованному кромками трубной заготовки, контактами и вторичной обмоткой сварочного трансформатора, начинает протекать ток высокой частоты. Поскольку направление тока в каждой из кромок трубной заготовки в любой момент времени противоположны, то вследствие проявления поверхностного эффекта и эффекта близости происходит автоконцентрация тока на противоположных поверхностях кромок, т.е. распределение тока на кромках определяется в основном их взаимным расположением и практически не зависит от источника тока.

Рис. 14.1. Схема кондуктивного токоподвода при непрерывной высокочастотной стыковой сварке:

1 – трубная заготовка; 2 – контакты кондуктора; 3 – сварочные валки.

Проходя вдоль кромок, электрический ток нагревает их до температуры сварки, и сварочные валки, обеспечивают сжатие торцов кромок и их деформацию, необходимую для образования соединения.

2) Индуктивный подвод тока при непрерывной высокочастотной стыковой сварке наиболее распространен при высокочастотной сварке продольных швов труб, замкнутых профилей и изделий аналогичной формы. В зависимости от диаметра свариваемых труб применяются либо охватывающие, либо внутренние индукторы. При прохождении тока высокой частоты по катушке индуктора в теле трубной заготовки индуктируется ток, который, встречая щель, образованную кромками, замыкается через точку их соприкосновения.

Рис. 14.2. Схема индуктивного токоподвода при непрерывной высокочастотной стыковой сварке:

1 – трубная заготовка; 2 – индуктор; 3 – сварочные валки; 4 – магнитопровод.

Энергия, передаваемая от индуктора к трубной заготовке, затрачивается на нагрев кромок до температуры сварки и на бесполезный нагрев трубной заготовки. Эффективность передачи энергии в значительной мере повышается, если внутри трубной заготовки установить магнитопровод из ферромагнитного материала.

3) Одновременная стыковая сварка основана на нагреве свариваемых стыков за счет принудительной концентрации тока. Свариваемые трубы помещаются внутри цилиндрического индуктора так, чтобы стык находился внутри цилиндрического индуктора. При пропускании через индуктор ТВЧ в свариваемых стыках индуктируется ток, обратный по фазе току индуктора. Вследствие эффекта близости индуктированный ток протекает по полосе, ширина которой зависит от ширины индуктора и величины зазора между трубой и индуктором. После нагрева стыков до сварочной температуры к ним прикладывается сварочное давление и происходит осадка.

Рис. 14.3. Схема стыковой высокочастотной сварки труб:

1 – свариваемая труба; 2 – индуктор; 3 – магнитопровод; 4 – зажимы для фиксации свариваемых труб и создания осадки.

1. В чем заключается кондуктивный подвод энергии при высокочастотной сварке?

2. В чем заключается индуктивный подвод энергии при высокочастотной сварке?

3. В чем сущность поверхностного эффекта?

4. В чем сущность эффекта близости?

5. Какие механизмы нагрева соединяемых поверхностей можно выделить при высокочастотной сварке?

Контроль и испытания швов

Контролю сварных соединений при приемке подвергают все трубопроводы, проверка включает в себя следующие контрольные операции и виды испытаний сварных соединений:

  • визуализация и измерения;
  • стилоскопирование металла шва и трубы;
  • определение твердости шва;
  • дефектоскопия ультразвуком и радиографией;
  • испытание механическими нагрузками;
  • металлографическая проверка;
  • прокатка стального шара по внутренней поверхности шва;
  • магнитопорошковая и капиллярная проверка;
  • испытания давлением.
Читать еще:  Визуальный осмотр сварных швов трубопроводов

Рис. 8 Схема вырезания образцов для испытаний материала шва

Проверка качества сварки котлов и трубопроводов, на которые не распространяются правила Госгортехнадзора России, осуществляется методами визуализации, измерений, ультразвуком, радиографией или механическими испытаниями, если иные способы контроля указаны в СНиП.

При проведении всех видов сварочных работ следует руководствоваться нормативными правилами, приведенными в соответствующих актах. Для газовых трубопроводов их соблюдение наиболее актуально – это обеспечит высокое качество сварки труб в газопроводах, где даже мелкие ошибки могут привести к печальным последствиям.

Сварка труб ручной дуговой сваркой

Профессионалы советуют при сварке труб ручной дуговой сваркой делать тройной шов – он будет надёжнее одиночного. Наиболее удобно работать сварщику с поворачиваемой трубой. Сварка так называемых поворотных стыков производится следующим образом:

  • сначала соединяется одна четверть диаметра трубы;
  • потом трубу поворачивают на 180 градусов, и варится противоположный первому шву участок;
  • далее новый поворот и сварка второй четверти диаметра трубы;
  • после этого производится ещё одно вращение трубы, и соединяется оставшейся участок.

После очистки от окалины на первый шов наносят второй. Заключительный третий шов начинают наносить с противоположной стороны второму шву.

При сварке жёстко зафиксированной трубы применяется иная методика:

  • первый шов ведут снизу вверх до половины диаметра трубы, а потом опускается вниз, обратно к началу;
  • нанесение второго шва начинают также снизу, но ведут с другой стороны и в обратном направлении.

Другие способы сварки

Подобный способ сварки неповоротных стыков исключает непроваренные участки, и шов получается более надёжным. При выполнении третьего шва работают по схеме первого варианта.

Самое надёжное соединение даёт многослойная сварка. В некоторых случаях применяют сварку спиралью – очистив от окалины начальный шов, второй ведут параллельно валику первого.

Сварка медных труб

Выбор способа сварки медных труб зависит от назначения соединяемых труб, герметичности шва и иных характеристик. Применяют три метода сварки – электродуговую, контактную и газовую.

Наиболее перспективной признаётся электродуговая сварка с использованием неплавящегося электрода из вольфрама и присадочной проволоки, в состав которой добавлены раскислители.

В качестве защитного газа целесообразно использовать азот, потому что сварка получается дешёвой.

Однако при работе с тонкостенными медными трубами лучше применять аргон.

Сварка стальных труб

Самой востребованной остаётся сварка стальных труб – как в производстве, так и в быту. Здесь существенную роль играет квалификация сварщика. Что касается сварочного оборудования, то используются электросварки, газосварки и полуавтоматы.

Перед началом сварки проводят предварительную тщательную очистку кромок от загрязнений и окислов, затем снимают фаску, что позволит получить V-образную площадь, благодаря которой шов станет прочным и герметичным.

При сварке газовой горелкой достаточно одного шва. С целью исключения непровара окончание шва немного накладывается на начало. Сорт присадочного материала должен быть одинаковым с металлом свариваемой трубы.

А самыми распространёнными на сегодня являются электросварка и полуавтоматическая. В обоих случаях процесс начинается с подготовки свариваемых труб. Затем соединяемые части центрируют и равномерно прихватывают в трёх-четырёх точках.

Первый шов «тройкой». Важно заполнить фаску по высоте всего на две трети. После очистки шва от шлака и проверки качества работы, меняют электрод «четвёрку» и приступают к нанесению дополнительного шва.

Сварка оцинкованных труб

Специальная технология сварки оцинкованных труб позволяет соединять их, не нарушая цинкового покрытия. На место стыковки наносят флюс, который и обеспечивает защиту от выгорания покрытия. Под флюсовым слоем цинк сначала от воздействия тепла становится вязко-жидким, затем расплавляется, но не выгорает и не испаряется. По завершению сварки это обеспечивает защиту от коррозии.

При работе с оцинкованным материалом крайне важно наличие вентиляции. В противном случае от цинковых паров сварщик может «заработать» лёгочное заболевание или хуже того, задохнуться.

Сварка профильных труб

Основной способ сварки профильных труб – обычное соединение торцов встык. Выполняют её дуговым или газовым методом, но благодаря простоте и качественному шву больше распространён первый из них. Однако электросварка профильной трубы требует опыта работы сварщика, хотя бы небольшого.

Много зависит, к примеру, от правильного подбора электрода. Чем он толще, тем мощнее дуга. Излишне толстым электродом профильную трубу можно прожечь, а слишком тонким получить непрочный шов. Учитывая то, что для данного изделия характерная толщина составляет 1,5-5 мм, подойдут «двойка и «тройка».

При работе с профильными трубами важна скорость движения электрода по материалу. Если замедлиться, то есть риск прожечь деталь, при убыстрении – получить некачественный шов. Оптимальное движение подбирается опытным путём.

Сварка газовых труб

Настоящего профессионализма требует сварка газовых труб, которая довольно опасна. Работать нужно быстро и качественно.

Перед началом соединения обрабатывают кромки труб: очищают от загрязнений. Если труба толстостенная – больше 4 мм, то производят скос кромок для облегчения прогревания металла на месте контакта.

Практикуются два способа сварки газовых труб:

  • сварка слева направо. Применяют тогда, когда толщина металла больше 5-ти мм. Дуга направляется на уже приваренный участок, вместе с горелкой перемещается присадка. Вариант экономит расход газа и повышает производительность на 25%;
  • сварка справа налево. Здесь горелку продвигают по не приваренным участкам – присадочная проволока «идёт впереди паровоза». Лучший метод для работы с тонкостенными газовыми трубами.
Читать еще:  Паста для травления сварных швов

Сварка трубопроводов

Способ электродуговой сварки трубопроводов часто применяют при монтаже или изготовлении технологических линий. Производятся они на постоянном или переменном токе.

Экономичным, а значит, более выгодным является сварка на переменном токе, потому что получается меньший расход энергии. Да и оборудование требуется более доступное.

Типы сварки труб

Применение того или иного типа сварки труб зависит от материала их изготовления, а также от последующего использования. Но практически во всех случаях работа выполняется при помощи переменного электрического тока. Такой выбор обусловлен экономической целесообразностью, поскольку при применении иных видов электроэнергии финансовые затраты возрастают. Сварные соединения представляют собой некоторое количество элементов, соединенных друг с другом сварными швами.

В основном пользуются следующими типами соединений:

  • стыковыми;
  • угловыми;
  • внахлест.

Если толщина стенок соединяемых заготовок превышает 3 мм, их кромки требуется разделать. Угол раскрытия стыка должен быть в пределах 60°–70°. Фаски с торцов детали должны быть удалены. Для этого может использоваться механический либо иной способ.

Стыковой тип сварки труб является наиболее распространенным, так как во время обработки стыки практически не деформируются. Помимо этого, такие соединения отличаются самым незначительным внутренним напряжением. Для них характерна высокая прочность и при статических, и при динамических нагрузках. Готовые сечения бывают:

  • одинарными (для труб диаметром менее 500 мм);
  • двойными (для труб диаметром более 600 мм).

Угловой тип сварки труб – разновидность стыкового соединения. Его используют обычно при соединении труб с другими элементами или между собой под определенным углом. Сварные работы выполняются:

  • со скосом кромки;
  • без скоса.

Этот тип обработки отличается меньшей прочностью по сравнению со стыковым, однако данная характеристика соединения достаточно высока.

Еще один тип сварки труб – внахлест – не применяется при приварке заготовок из металла из-за невысокой надежности соединения. Он подходит для работы с отдельными элементами или пластиковыми трубами.

  • Технология сварки толстостенных труб.

При толщине заготовки более 20 мм используют технологию работы с толстостенными трубами, которая предполагает обработку слоев большой толщины. Благодаря таком типу сварки труб, прочность шва увеличивается на 10–15 %. В обработке чаще всего задействовано два мастера. Первый занят формированием обычного шва, а второй — толстого слоя.

Этот тип работ выполняется следующим образом:

  • Обработку начинают выполнять в потолочном положении, постепенно увеличивая толщину шва (шовное соединение при работе с толстостенными заготовками должно быть как можно более ровным).
  • Затем обработка проводится в полувертикальном положении.
  • При помощи электрода создается горизонтальная площадка.
  • Далее работы проводятся в нижнем положении, благодаря чему можно пользоваться электродами, толщина которых достигает 5 мм.
  • Сварка труб на просвет.

Далеко не каждый мастер знает о правильном выполнении такого типа сварки труб, не говоря уже о молодых социалистах – выпускниках профессиональных училищ.

Первоочередное значение при этом типе обработки имеет прихват трубы, который не позволит допустить деформацию корня. Количество точек прихвата зависит от размера заготовки. Прихват должен быть выполнен так, чтобы в месте стыка детали не сходились.

Затем необходима зачистка стыков. При обнаружении в процессе сварки на просвет дефектов, к примеру, трещин, их требуется удалить. По окончании зачистки начинают заполнять шов. Этот этап считается наиболее простым, тем не менее, в ряде случаев для заполнения стыка может потребоваться около 30 % корня.

В процессе работы рекомендуют оставить углубление около 1,5 мм для последующей облицовки. В таком случае облицовочный материал заполнит углубление, сформировав эстетичный шов. При этом типе сварки труб существенное значение имеют два момента – заполнение шва под определенным рабочим углом и использование короткой дуги.

Применение паяльника и фена

Ручная сварка ПВХ часто проводится специальным видом паяльника. Метод позволяет делать стыковые швы, все виды угловых соединений. Обычные ручные агрегаты отличаются по форме нагревательного элемента, мощности. Для труднодоступных рабочих зон удобны стрежневидные элементы.

Чем больше диаметр ПВХ трубы, подлежащей спаиванию, тем большим будет потребление электроэнергии. При выборе паяльника для сварки следует учесть трудоемкость предстоящей работы.

Мастера советуют умножить диаметр ПВХ трубы на 10, приблизительно вычислить таким способом требуемую мощность агрегата. Вместо самостоятельных расчетов всегда уместно воспользоваться рекомендациями консультантов по сварке.

Удобно сваривать трубы из любых полимеров, включая винипласт, горячим газовым потоком. Сварочный аппарат в рабочую зону поставляет струю продуктов горения углеводородов и воздуха.

Источником топлива может быть смесь алканов или природный газ. В самом простом варианте подается горячий воздух. Аппараты называют строительными фенами. С их помощью проводят сварку не только труб, но и ПВХ тканей, пленок, мембран.

Современное оборудование для сварки ПВХ оснащено индикаторами температуры в рабочей зоне. Дисплей отображает также заданную температуру нагрева.

Конструкция горелок для сварки ПВХ и полипропилена оснащена охлаждающим устройством. Пластиковую продукцию можно сваривать быстро, прочно, не опасаясь получить ожог.

Сварка продольных швов труб высокочастотной сваркой

Около 10 % общего объема выпускаемой стали идет на производство труб. Это говорит о востребованности данных изделий на рынке металлопроката. Существуют различные виды труб и различные способы их изготовления.

В данной материале рассмотрим сварные прямошовные трубы

Какую сталь используют при производстве труб сварных прямошовных

При производстве данных труб используются, как правило углеродистые марки стали, которые имеют высокую прочность и твердость, но имеют низкие показатели износо- и теплостойкостьи. Так же иногда используются при производстве низколегированные и легированные стали, но в значительно меньшем объеме. За счет легирующих элементов свойства сталей улучшают. Для повышения твердости – добавляют хром, для прочности и пластичности — никель, для твердости и износостойкости — марганец, а алюминий – для жаростойкости.

Читать еще:  Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов

Выделим селедующие этапы производства труб

Изготовление прямошовных электросварных труб выполняется на основании ГОСТов 10706-76, 10705-80 и 10704-91.

Этапы технологического процесса производства труб:

Схема производства электросварных прямошовных труб

ПОРЕЗКА ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА

Данный процесс производится с помощью агрегатов продольной порезки. Такие механизмы отличаются своей производительностью и рассчитаны на резку металлов различной толщины и ширины. Агрегаты продольной резки производят полосы металла одинаковой ширины, с высокой точностью. В дальнейшем это обеспечит схождение кромок полос при формовке трубной заготовки.

ПРАВКА ПОЛОС

На этом этапе полосы пропускаются через систему спаренных горизонтальных валков. Этот процесс позволит устранить дефекты поверхности , шероховатость, волнистость.

СВАРКА ПОЛОС

Такая операция позволяет получить одну бесконечную полосу. Этот этап выполняется с помощью полуавтоматической сварки под флюсом. Такой способ соединения металлов обеспечивает формирование прочных и пластичных швов с минимально количеством дефектов. Произведенная бесконечная полоса передается в накопитель.

ФОРМОВКА ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ

Для того, чтобы придать плоской заготовке форму трубы, полосу пропускают через систему горизонтальных и вертикальных валков. Каждая последующая пара валков уменьшает радиус заготовки, пока ее кромки максимально не сблизятся друг с другом.

СВАРКА ПРОДОЛЬНОГО ШВА

Для таких целей применяется высокочастотная сварка. Соединяемые кромки заготовки нагреваются токами высокой частоты до температуры плавления, а потом сдавливаются обжимными роликами. В итоге образуется прочное соединение. Такая высокочастотная сварка может проводиться индукционным или контактным способом. Оба способа используются при изготовлении труб:

  • В первом случае нагрев будет осуществляется при помощью индуктора. Он провоцирует в заготовке, проходящей сквозь его витки, высокочастотный переменный ток. Этот процесс очень быстрый и занимает несколько секунд.
  • При использовании контактного способа сварки ток от высокочастотного генератора подводится с помощью контактов. Оставаясь неподвижными они скользят в процессе сварки по перемещающимся вдоль них трубным заготовкам. Недосток данного способа – это необходимость периодической замены контактов.

Высокочастотная сварка профильных труб

6.СНЯТИЕ ГРАТА

Такая процедура улучшает внешний вид и качество сварочного шва.

7. ЭТАП КАЛИБРОВКИ

Здесь устраняется овальность труб и обеспечивается точность их геометрических размеров и форм. Для этого изделия пропускаются через калибровочные валки. Перед такой процедурой предварительно изделие остужается с помощью воды.

8. ЭТАП ПРОФИЛИРОВАНИЯ

Данная операция производится только при изготовлении профильной трубы. Заготовки круглой формы пропускаются через формовочные валки, которые придают им прямоугольную(квадратную) или форму.

9. ЭТАП ПОРЕЗКИ

Отрезной станок режет бесконечное изделие на отрезки нужной длины.

10. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

Важный этап. Изделие проходит контроль по трем параметрам: неразрушающий контроль сварного шва, гидроиспытание и сплющивание:

Этап проверки: неразрушающий контроль

Для проведения неразрушающего контроля, согласно ГОСТа 10705-80, возможно пользоваться магнитнм, ультразвуковым, вихретоковым либо рентгеновским способом. Самый распространенный — ультразвуковой. Он отличается тем, что является недорогим, но эффективным метод обнаружения дефектов в сварных швах. Выполняется процесс автоматически, а сам дефектоскоп устанавливается в линию стана. Так проверку проходит 100% швов. При обнаружении дефектов они исправляются, а исправленные трубы далее проходят гидроиспытание.

Этап проверки: гидроиспытание

Гидроиспытанию подвергается не все трубы, а около 10-15 % от партии. Такая процедура прописана в ГОСТе 3845-75. ЕЕ смысл в создании кратковременного повышеного давления (на 5 секунд) до 30 или 60 кгс/см 2 . Трубы не лолжны при это деформироваться, и на поверхности не должно появиться потеков жидкости.

Этап проверки: сплющивание

Такому испытанию подвергаются две трубы из партии. Проводится оно в соответствии с положениями ГОСТа 8695-75. Трубы сплющиваются до расстояния между стенками. При таком сплющивании не должно появиться трещин или надрывов.

Самый последний этап — визуальный контроль труб и их упаковка. Далее изделие готово к отгрузке покупателю.

Сфера применение профильной трубы

Электросварные прямошовные трубы универсальны. У них весьма обширная сфера применения: промышленных отраслях, машиностроении, строительных сферах, для сооружения инженерных сетей, эксплуатирующийся при повышенных нагрузках, в том числе нефте-, газо- и водопроводы, а также сети отопления. электросварные трубы способны выдерживать высокое давление, это позволяет использовать их для прокладки локальных и магистральных коммуникаций.

С их помощью сварных профильных труб сооружаются многочиленные конструкции.

Можно предположить, что слабым местом электросварных труб является сварной шов. Но это не так. Для их изготовления не зря выбрана именно высокочастотная сварка. Для ее применения не требуются дополнительные сварочные или присадочные материалы. Фактически на выходе получается монолитное изделие. Это и обеспечивает высокие прочностные характеристики. Важно, при их производстве соблюдать все требования технологического процесса и нормативных документов.

Сварка неповоротных стыков трубопроводов и других крупных круглых деталей имеют повышенный уровень опасности. Поэтому необходимо выполнение имеющихся требований и рекомендаций.

Для выполнения таких соединений необходимы специально оборудованные площадки. Они должны быть изолированными, чтобы не подвергать опасности находившихся рядом людей.

При соединении неповоротных труб большого диаметра и веса следует применять специальные подъемники, представляющие собой транспортно-подъемные машины. Обязательно наличие вентиляции. Необходимо заземление всех металлических деталей и элементов. На месте сварки должно быть достаточное освещение.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector