Индукционная сварка

Индукционная сварка — это вид сварки используется электромагнитная индукция , в котором для нагрева заготовки . Сварочный аппарат содержит индукционную катушку , на которую подается высокочастотный электрический ток . При этом создается высокочастотное электромагнитное поле , которое действует либо на электропроводящую , либо на ферромагнитную заготовку. В электропроводящей заготовке основным эффектом нагрева является резистивный нагрев, который обусловлен наведенными токами, называемыми вихревыми токами . В ферромагнитной заготовке нагрев вызван главным образом гистерезисом , поскольку электромагнитное поле многократно искажает магнитные домены ферромагнитного материала. На практике большинство материалов подвергаются сочетанию этих двух эффектов.

Немагнитные материалы и электрические изоляторы, такие как пластмассы, можно сваривать индукционной сваркой, имплантируя в них металлические или ферромагнитные соединения, называемые токоприемниками , которые поглощают электромагнитную энергию индукционной катушки, нагреваются и отдают свое тепло окружающему материалу за счет теплопроводности . ^[1] Пластик также можно подвергать индукционной сварке путем включения в него электропроводящих волокон, таких как металлы или углеродное волокно. Индуцированные вихревые токи резистивно нагревают встроенные волокна, которые отдают тепло окружающему пластику за счет проводимости. Индукционная сварка углепластиков широко используется в аэрокосмической промышленности.

Индукционная сварка используется при больших объемах производства и представляет собой высокоавтоматизированный процесс, обычно используемый для сварки швов труб. Это может быть очень быстрый процесс, так как большая мощность может быть передана на локализованную область, поэтому прилегающие поверхности плавятся очень быстро и могут быть сжаты вместе, образуя непрерывный прокатный сварной шов .

Глубина проникновения токов и, следовательно, нагрева от поверхности обратно пропорциональна корню квадратному из частоты. На глубину проплавления также влияют температура свариваемых металлов и их состав. Этот процесс очень похож на контактную сварку , за исключением того, что в случае контактной сварки ток подается к заготовке с помощью контактов, а не с помощью индукции.

Индукционная сварка была впервые открыта Майклом Фарадеем. Основы индукционной сварки объясняют, что направление магнитного поля зависит от направления тока. и направление поля будет меняться с той же скоростью, что и частота тока. Например, переменный ток частотой 120 Гц заставит поле менять направление 120 раз в секунду. Эта концепция известна как закон Фарадея.

При индукционной сварке детали нагреваются до температуры ниже температуры плавления, а края деталей соединяются вместе, примеси вытесняются, образуя прочный ковочный сварной шов. ^[2]

Индукционная сварка используется для соединения множества термопластов и термореактивных матричных композитов. Аппарат, используемый для процессов индукционной сварки, включает в себя радиочастотный генератор энергии, станцию нагрева, материал заготовки и систему охлаждения.

Генератор энергии бывает полупроводниковым или вакуумным и используется для подачи в систему переменного тока напряжением 230–340 В или частотой 50–60 Гц. Это значение определяется тем, какая индукционная катушка используется с изделием.

Нагревательная станция использует конденсатор и катушку для нагрева заготовок. Конденсатор соответствует выходной мощности генератора, а индукционная катушка передает энергию изделию. При сварке катушка должна располагаться близко к заготовке, чтобы максимизировать передачу энергии, а заготовка, используемая во время индукционной сварки, является важным ключевым компонентом оптимальной эффективности. ^[3]

Некоторые уравнения, которые следует учитывать при индукционной сварке, включают:

Тепловой расчет: ${\bar {Q}}(x,t)={\eta (J_{0}^{2})\rho \over C_{r}}$

Где: $C_{r}$ тепловая масса

$\rho$ это удельное сопротивление

$\eta$ эффективность

$J_{0}$ поверхностная плотность

Уравнение охлаждения Ньютона: $q^{n}=h(T_{s}-T_{B})$

Где: $q^{n}$ плотность теплового потока

h - коэффициент теплопередачи

$T_{s}$ температура поверхности детали

$T_{B}$ это температура окружающего воздуха ^[4]

См. также

Ссылки

^ Бабини, А; Форзан (январь 2002 г.). «Распределение вихревых токов в тонком слое алюминия» (PDF) . Журнал Flux (38): 11–12. Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2014 г. Проверено 9 марта 2015 г.
^ «Индукционная сварка» . Компания Терматол . Проверено 15 февраля 2019 г.
^ Лионетто, Франческа; Паппада, Сильвио; Буккольеро, Джузеппе; Маффеццоли, Альфонсо (15 апреля 2017 г.). «Конечно-элементное моделирование непрерывной индукционной сварки термопластичных матричных композитов». Материалы и дизайн . 120 : 212–221. дои : 10.1016/j.matdes.2017.02.024 .
^ «Scientific.net» . www.scientific.net . Проверено 15 февраля 2019 г.

Справочник AWS по сварке, том 2, 8-е издание
Дэвис, Джон; Симпсон, Питер (1979), Справочник по индукционному нагреву , McGraw-Hill, ISBN 0-07-084515-8 .

[1] Бабини, А; Форзан (январь 2002 г.). «Распределение вихревых токов в тонком слое алюминия» (PDF) . Журнал Flux (38): 11–12. Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2014 г. Проверено 9 марта 2015 г.

[2] «Индукционная сварка» . Компания Терматол . Проверено 15 февраля 2019 г.

[3] Лионетто, Франческа; Паппада, Сильвио; Буккольеро, Джузеппе; Маффеццоли, Альфонсо (15 апреля 2017 г.). «Конечно-элементное моделирование непрерывной индукционной сварки термопластичных матричных композитов». Материалы и дизайн . 120 : 212–221. дои : 10.1016/j.matdes.2017.02.024 .

[4] «Scientific.net» . www.scientific.net . Проверено 15 февраля 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]