1.9.2 Расчёт электрических параметров кромок при сварке твч

Рассчитаем электрические параметры свариваемых кромок при сварке труб диаметром 245 мм из стали 22ГЮ; [3].

Исходные данные:

• наружный диаметр D=0,24448 м

• толщина стенки 2d=0,01003м

• скорость сварки V=0,5м/с

• частота тока f=220кГц

• температура сварки Т_о=920

• угол схождения кромок =230'

• длина нагреваемых кромок l_КР=0,15м

• зазор между магнитопроводом и кромками b₁=0,01м

Теплофизические свойства стали при Т=800: λ=41,87 Вт/(м ·С), а=6,25 ·10 ^–6 м/с, ρ_к=118·10^-8Ом·м [γ=1/ ρ=1/(118·10^-8)(Ом·м)^-1].

Определим максимальный зазор между кромками на участке нагрева по формуле 14:

2h_max=2l_kp·sin (α/2); (14)

2h_max=2·0,15·sin(230'/2)=0,0066 м; (14)

максимальный относительный зазор по формуле 15:

(h/d)_max; (15)

(h/d)_max=0,0066/0,005015=1,32; (15)

относительный зазор между магнитопроводом и кромками по формуле 16:

b₁/d;(16)

b₁/d=0,01/0,005015=1,99;(16)

отношение диаметра к толщине кромок по формуле 17:

D/2d (17)

D/2d=0,24448/0,01003=24,4; (17)

Поскольку это отношение довольно мало, коэффициент k_Rcp находим с учётом кривизны кромок по графику рисунку 42 [3, страница 68], на котором приведена зависимость k_R от h/d для параллельных кромок. Для кромок сходящихся под углом, средний коэффициент определяем как k_R для средней величины зазора, равной половине (h/d)_max, т.е. k_Rcp=0,25.

Найдем горячую глубину проникновения по формуле 18; (8)[3,страница 7] при μ=1.

где ω=2 · π · f – круговая частота; μ₀=4 · π · 10^-7 - магнитная проницаемость вакуума.

С учётом Δ_К определим активные сопротивлени я стальных кромок при Т=800°С и h/d=0 или b/d=0 по формуле 19:

Для реальных зазоров по формуле 20; (49) [3 страница 61]

Р ассчитаем внешнюю индуктивность кромок по формуле 21; (65)[3 страница 67], взяв значения R_mI, R_mII, R_mIII, из графика рисунок 43 [3 страница 69].

Н айдём индуктивное сопротивление кромок по формуле 22:

Д ля определения параметра по формуле 23:

Р ассчитаем время нагрева по формуле 24:

Т огда при Е=Δ_К

О пределим по приложению 1 [3 страница 188] функцию:

У дельная мощность, необходимая для разогрева поверхности кромок (х=0) до температуры Т₀ при h/d=0 или b/d=0, рассчитывается по формуле 25:

М ощность кромок с учётом реальных зазоров h/d и b/d при μ=1 и k_Рcp=2,1 (коэффициент взят по графику рисунку 46 [3 страница 73])определим по формуле 26:

Т огда ток кромок определим по формуле 27:

При сварке труб из ферромагнитного материала для определения сопротивления и мощности следует умножить R_KP и P_KP на коэффициент K_μcp=1,35, найденный по графику рис.49 [3 страница 75] в зависимости от отношения: I_KP/2d; I_KP/2d=1,84·10³/0,01003=18,34·10⁴A/м.

R_KPμ=0,075·1,35=0,101 Ом;

Р_KPμ=253·10³·1,35=342·10³ ВТ.

Определим индуктивное сопротивление с учётом магнитного потока внутри кромок по формуле 28:

Х_КР=Х_КР.ВН+R_KPμ; (28)

Х_КР=0,11+0,101=0,211 Ом; (28)

П олное сопротивление кромок по формуле (29):

Н апряжение на кромках определим по формуле 30:

Результаты расчёта электрических параметров кромок при контактном подводе тока при сварке труб диаметром 245 мм, толщиной стенки 10,03 мм, скорости сварки 0,5 м/с, частоте тока 220кГц сводим в таблицу 8.

Таблица 8. Результаты расчёта параметров кромок.

Вид Подвода тока	Длина нагреваемых кромок	Сопротивление, Ом			Ток, кА	Напряжение, В	Мощность, кВт
		Активное	Индуктивное	Полное
Контактный	0,15	0,110	0,211	0,234	1,84	430	253