13.6 Высокочастотная сварка

Высокочастотная сварка относится к термическому и термомеханическому классам способов сварки. Высокочастотная сварка включает целый ряд методов выполнения технологического процесса получения неразъемных соединений, но для нагрева свариваемых поверхностей используются в любом из них токи высокой частоты.

Получение необходимой для выполнения сварки плавлением тепловой энергии происходит в процессе протекания в свариваемых поверхностях заготовок токов высокой частоты. Различие же методов высокочастотной сварки характеризуется отличительными признаками:

а) механизмом образования сварного соединения;

б) способом подвода необходимой энергии для выполнения сварки;

в) характером прохождения тока высокой частоты по нагреваемым поверхностям.

Классификация методов высокочастотной сварки приведена в таблице 13.1

Таблица 13.1 - Классификация методов высокочастотной сварки

Наименование признака	Особенности признака
Принцип образования сварного шва	с приложением давления плавлением, без приложения давления
Метод концентрации тока на свариваемых поверхностях	автоконцентрация тока принудительная концентрация
Метод подвода тока	контактный индуктивный
Среда	окислительная (воздух) нейтральная восстановительная вакуум
Характер процесса	непрерывный одновременный
Частота тока	средняя (до 10 кГц) радиочастота (свыше 60 кГц)

В процессе выполнения высокочастотной сварки нагрев свариваемых поверхностей может производится за счет подвода тока высокой частоты двумя способами:

а) непосредственным подключением свариваемых заготовок к источнику тока высокой частоты (контактный метод);

б) путем индуктирования в свариваемых заготовках токов высокой частоты (индуктивный метод).

При подводе тока высокой частоты контактным методом вокруг и внутри заготовок возникает магнитное поле, которое, в свою очередь, вызывает в заготовке ЭДС самоиндукции, с направлением действия противоположным ЭДС источника тока. Возникающая ЭДС по-разному воздействует на поверхности заготовки и по ее сечению – большее влияние оказывается внутри металла, чем на его поверхности. По этой причине плотность тока на поверхности будет выше, чем внутри заготовки и это состояние будет усиливаться по мере повышения частоты тока. Подобное явление принято называть поверхностным эффектом, а аналитическое выражение, характеризующее изменение величины тока по сечению проводника, записывается следующим образом:

, (13.1)

где J_X – плотность тока на расстоянии x от поверхности проводника;

 - расстояние от поверхности проводника вглубь, на котором плотность тока убывает в ”e” раз по сравнению с плотностью тока на поверхности. Эта величина называется – глубина проникновения тока.

J₀ – исходная плотность тока

Определяется глубина проникновения тока выражением:

, (13.2)

где:  - относительная магнитная проницаемость материала;

f - частота тока, кГц;

 - удельное электрическое сопротивление, мкОм·м.

Анализируя приведенные выше аналитические выражения (1) и (2) можно сделать следующий вывод: с повышением частоты тока, подводимого к данному проводнику, увеличивается интенсивность поверхностного нагрева при одном и том же значении величины тока.

При высокочастотной сварке имеют место два механизма нагрева свариваемых деталей:

а) автоконцентрация подводимого тока;

б) принудительная концентрация тока.

Суть первого способа получения необходимой тепловой энергии состоит в том, что по каждой из свариваемых поверхностей заготовки пропускаются токи, которые всегда противоположны по направлению друг другу. В этом случае за счет эффекта близости происходит самоконцентрация тока на свариваемых поверхностях заготовки, что, в конечном счете приводит к локальному выделению максимального количества тепловой энергии, используемой для сварки.

Самоконцентрация тока будет тем сильнее проявляться, чем меньше зазор между свариваемыми поверхностями заготовки и чем больше частота тока. Данный способ реализован при контактном подводе тока при высокочастотной сварке труб