проникновения тока должна сказаться меньше, чем при нагреве деталей сплошного сечения. Эксперименты проводили на трубах из перлитной стали (12Х1МФ) диаметром 32 мм с толщиной стенки до 6 мм, нагреваемых кольцевым индуктором [137]. Даже при идеальной соосности индуктора и трубы нагрев зоны сварки неравномерен (рис. 77, а): а) по толщине стенки — в результате совместного действия поверхностного эффекта и эффекта близости; б) вдоль образующей трубы — из-за эффекта близости и в) по периметру трубы — вследствие зазора Д между прямой и обратной ветвями индуктора.

Неравномерный нагрев вдоль оси трубы способствует получению прочного соединения с незначительной деформацией металла внутрь (при сварке труб очень важно сохранение проходного отверстия) благодаря концентрации пластической деформации при осадке в узкой зоне. Неравномерный нагрев по толщине стенки (ДТ]) и в особенности по ее периметру (ДТг), наоборот, затрудняет сварку.

Наиболее эффективно воздействует на распределение температуры вдоль трубы изменение частоты: с ее увеличением зона интенсивного нагрева уменьшается. Например (рис. 77, б), для сварки труб диаметром 25—42 мм целесообразнее использовать ток частотой 8000 гц, чем 2500 гц. Изменение ширины Ь индуктирующего провода не позволяет существенно сузить зону нагрева, так как при уменьшении Ь от 14 до 6 мм ширина зоны нагрева до 800° С изменяется всего на 2 мМ\ практически малая ширина индуктора

затрудняет его охлаждение, и он становится ненадежным в работе.

Влияние зазора Д (см. рис. 77, а) можно уменьшить рациональной конструкцией индуктора. Так, если при нагреве индуктором, согнутым из профилированной медной трубки (Д=3 мм) АТ^ = 70° С, то при использовании точеного индуктора (Д = 1 -5-1,5 мм) ДТ2 ^ 45° С. Индуктор с железным сердечником давал в аналогичных условиях ДГ2 = 20° С.

Исходя из общих закономерностей распределения тока в результате эффекта близости (см. рис. 74, б) уменьшение расстояния от индуктора до нагреваемой поверхности (а в случае нагрева трубы кольцевым индуктором — уменьшение зазора между индуктором и трубой) приводит к большему сосредоточению тока у оси индуктора и соответственно к сужению зоны интенсивного

360 300 2ч0 180 120 60

60

Рис. 76. Зависимость времени индукционного нагрева с перепадом температуры по сечению до 100° С от диаметра нагреваемого стержня из низ-круглеродистой стали при

частоте тела: /—1000 гц; 2 —2500 гц; 5—?0ОС гц

Нагрева (рис. 7?, в). Однако зазор менее б—7 мм при сварке труб (диаметром 32 мм) практически неприемлем по двум причинам: во-первых, неизбежное взаимное смещение осей трубы и индуктора (в пределах до 1 мм) при малом зазоре приводит к резкому изменению условий нагрева по периметру трубы (при среднем зазоре 4 мм нагрев стыка из-за смещения осей на 1 мм сопровождается перепадом температуры более 100°, при зазоре 7 мм в этих же условиях перепад не превышает 50°) и, во-вторых, увеличение диаметра трубы в стыке в процессе осадки приводит к резкому перегреву и подплавлению поверхностных слоев высаженного металла, а иногда и короткому замыканию с индуктором.

Перепад температуры по толщине стенки трубы (Д7\, см. рис. 77, а) в плоскости стыка, совпадающей с осью индуктора, растет с увеличением толщины стенки и с уменьшением зазора между индуктором и поверхностью трубы (рис. 78); замедление процесса в результате теплопередачи приводит к более равномерному нагреву стыка. Достаточно равномерный нагрев стыка труб диаметром 32 мм с толщиной стенки 3,5—4 мм достигается за 5—

Оg16 m0816 ни

Расстояние от с^іьїкаРасстояние от стыка

Рис. 77. Индукционный нагрев при сварке встык труб: а — схема распределения теипературы; б — температурное поле вдоль оси труб при нагреве током 250O гц (7) и вши гц w, в — температурное поле вдоль оси труб 32 мм при зазоре между индуктором и трубой 7 ММ (/) И 4 ММ (/() Lld/J