Индукционная сварка - это разновидность сварки, при которой для нагрева детали используется электромагнитная индукция . Сварочный аппарат содержит индукционную катушку, на которую подается высокочастотный электрический ток . Это создает высокочастотное электромагнитное поле, которое действует либо на электропроводящую, либо на ферромагнитную деталь. В электропроводной заготовке основным эффектом нагрева является резистивный нагрев, который возникает из-за индуцированных токов, называемых вихревыми токами . В ферромагнитной заготовке нагрев вызывается главным образом гистерезисом., поскольку электромагнитное поле многократно искажает магнитные домены ферромагнитного материала. На практике большинство материалов подвергаются комбинации этих двух эффектов.
Немагнитные материалы и электрические изоляторы, такие как пластмассы, можно сваривать индукцией путем имплантации в них металлических или ферромагнитных соединений, называемых токоприемниками , которые поглощают электромагнитную энергию от индукционной катушки, нагреваются и отдают свое тепло окружающему материалу за счет теплопроводности . [1] Пластик также можно сваривать индукционной сваркой, заделав пластик электропроводящими волокнами, такими как металлы или углеродное волокно. Наведенные вихревые токи резистивно нагревают встроенные волокна, которые отдают свое тепло окружающему пластику за счет теплопроводности. Индукционная сварка пластиков, армированных углеродным волокном, широко используется в аэрокосмической промышленности.
Индукционная сварка используется для длительных производственных циклов и представляет собой высокоавтоматизированный процесс, обычно используемый для сварки швов труб. Это может быть очень быстрый процесс, так как большая мощность может быть передана в локализованную область, поэтому стыковые поверхности плавятся очень быстро и могут быть сжаты вместе, образуя непрерывный сварной шов .
Глубину , что токи, и , следовательно , нагрев, проникает с поверхности обратно пропорциональна квадратному корню из частоты. Температура свариваемых металлов и их состав также влияют на глубину проплавления. Этот процесс очень похож на контактную сварку , за исключением того, что в случае контактной сварки ток подводится к заготовке через контакты, а не за счет 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 120 Гц заставит поле менять направление 120 раз в секунду. Эта концепция известна как закон Фарадея.
Когда происходит индукционная сварка, детали нагреваются до температуры ниже температуры плавления, и края деталей помещаются вместе, загрязнения вытесняются наружу, образуя прочный кузнечный шов. [2]
Индукционная сварка используется для соединения множества термопластов и термореактивных матричных композитов. Аппарат, используемый для процессов индукционной сварки, включает в себя высокочастотный генератор энергии, станцию нагрева, материал заготовки и систему охлаждения.
Электрогенератор выпускается в виде твердотельной или вакуумной лампы и используется для подачи в систему переменного тока 230–340 В или частоты 50–60 Гц. Это значение определяется тем, какая индукционная катушка используется с изделием.
Тепловая станция использует конденсатор и катушку для нагрева деталей. Конденсатор соответствует мощности генератора, а индукционная катушка передает энергию изделию. При сварке катушка должна находиться 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:
Где: это тепловая масса
это удельное сопротивление
эффективность
поверхностная плотность
Уравнение охлаждения Ньютона:
Где: плотность теплового потока
h - коэффициент теплопередачи
это температура поверхности заготовки
это температура окружающего воздуха [4]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Бабини, А; Форзан (январь 2002 г.). «Распределение вихревых токов в тонком алюминиевом слое» (PDF) . Журнал Flux (38): 11–12. Архивировано из оригинального (PDF) 26 марта 2014 года . Дата обращения 9 марта 2015 .
- ^ «Индукционная сварка» . Thermatool Corp . Проверено 15 февраля 2019 .
- ^ Лионетто, Франческа; Паппада, Сильвио; Буккольеро, Джузеппе; Маффеццоли, Альфонсо (2017-04-15). «Конечноэлементное моделирование непрерывной индукционной сварки термопластичных матричных композитов». Материалы и дизайн . 120 : 212–221. DOI : 10.1016 / j.matdes.2017.02.024 .
- ^ "Scientific.net" . www.scientific.net . Проверено 15 февраля 2019 .
- Справочник по сварке AWS, Том 2, 8-е издание
- Дэвис, Джон; Симпсон, Питер (1979), Справочник по индукционному нагреву , McGraw-Hill, ISBN 0-07-084515-8.