ИНДУКТОР Российский патент 1996 года по МПК B23K20/06 B23K13/01 

Предлагаемое изобретение относится к области обработки и сварки металлов сильными магнитными полями и может быть использовано в машиностроении, например для магнитно-импульсной сварки трубопроводов в монтажных условиях.

Расширение областей использования технологии магнитно-импульсной сварки потребовало создания надежной, работоспособной конструкции разъемного индуктора, которая позволила бы сваривать трубопроводные линии сложной и замкнутой конфигурации. Одновременно с созданием разъемного индуктора возникла проблема создания универсальной системы индуктора, которая позволяла бы производить сварку одним индуктором различные сортаменты труб. Таким образом необходимо создать универсальную систему разъемного индуктора, который должен быть прост в изготовлении, иметь большой ресурс работы, обеспечивая качество и широкий диапазон сварных стыков трубопроводов.

В настоящее время известны индукторные системы с концентратором магнитного поля и объединяющие индуктор в одно целое с концентратором магнитного поля [1]
Однако эта индукторная система имеет большой недостаток, так как изготавливается на конкретный размер свариваемых трубок, что приводит к большим трудозатратам на изготовление разных типов индукторов. Устранить упомянутый недостаток удается с помощью создания универсальной системы разъемного индуктора, состоящей из кольцевого первичного витка, присоединенного к источнику тока и вторичного короткозамкнутого витка, установленного соосно первичному витку. Оба витка выполнены с полуцилиндрическими пазами, обращенными друг к другу и образующими рабочее отверстие для размещения детали. Ось рабочего отверстия перпендикулярна оси витков. Витки выполнены с сегментными срезами в зоне расположения рабочего отверстия, а рабочая зона вторичного витка имеет ширину на 13 26% меньше ширины рабочей зоны первичного витка. При этом рабочая часть индуктора выполнена сменной. Соединение сменных частей с основными выполнено ступенчатым. Для сварки трубок неограниченной длины в витках индуктора сделаны дополнительные отверстия для размещения в них несвариваемой части детали с зазором.

На фиг. 1 и 2 изображен предлагаемый индуктор. Разъемный индуктор выполняется из двух колец со ступенчатыми переходами, на которых закрепляются сменные рабочие зоны индуктора. Одно кольцо (вторичное) является короткозамкнутым со ступенчатым переходом 2, служащим для механического закрепления с помощью винтов 3 сменной рабочей зоны индуктора 4 и выполняется это кольцо из стали, обеспечивающей механическую прочность, а для улучшения электротехнических характеристик используется слой меди 5, который механически закрепляется к внутренним плоскостям колец 1 и 6. Первичное кольцо 6 выполняется с разрезом для обеспечения протекания тока по всему периметру кольца и по рабочей зоне 4, которая является сменной и выполняется на двух внутренних поверхностях сменных частей колец. Сменная рабочая часть 4 разъемного индуктора 1, 6 имеет ответную ступенчатую форму 2, которая легко с помощью винтов 3, крепится к двум частям индуктора 1 и 6. Причем на участке расположения рабочей зоны 4 производится срез двух колец по сегменту 11, для улучшения электротехнических характеристик индуктора и локализации магнитного потока в рабочей зоне 4 индуктора. В зоне разреза первичного кольца 6 параллельно разрезу приваривают токосъемные пластины 7, которыми индуктор закрепляется к магнитно-импульсной установке. Для устранения короткого замыкания между первичной обмоткой-кольцом 6 и вторичным кольцом 1 размещается изоляционная прокладка 8, выбор которой производится исходя из электрической и механической прочности изоляции, учитывая ее поляризационные и температурные свойства, так как рабочая частота установки может превышать 50 кГц. Увеличению коэффициента передачи энергии из первичного кольца 6 во вторичное 1 и ввода ее в рабочую зону 4 служит слой меди 5, который механически закрепляется потайными винтами 9 или же может быть приварен с помощью взрыва к стальному корпусу 1 и 6. Ток индуктора за счет эффекта близости и поверхностного эффекта протекает по слоям меди 5 и вводится в рабочую зону 4, снижая тем самым потери по линии тока. Известно, что все воздушные трансформаторы работают по закону индукции, во вторичной обмотке-кольце наводится электродвижущая сила, которая равна V₂ (0,87 ^oC 0,74)V₁, т.е. вторичное напряжение на 13 26% меньше первичного. Поэтому давление магнитного поля в рабочей зоне 4 создается неравномерное. Для компенсации этого недостатка в конструкции рабочей зоны 4, выполненной на двух сменных частях индуктора, во вторичном витке сменной рабочей зоне 4 выполняют ширину рабочей зоны меньше ширины зоны первичного витка на 13 26% Это делается с целью увеличения плотности тока, а соответственно и увеличения давления со стороны вторичного витка 1. Так как давление магнитного поля находится в квадратичной зависимости от тока, то изменение его вызывает резкое отклонение давления.

Экспериментальные исследования показали, что для стабилизации давления в рабочей зоне индуктора ширина зоны вторичного витка должна быть меньше ширины рабочей зоны первичного витка на 13 26% Указанная величина соотношения рабочих зон индуктора является оптимальной и позволяет стабилизировать процесс сварки деталей сложной и замкнутой конфигурации. Для сварки длинных и замкнутых трубопроводных линий необходимо выполнить проходное отверстие 10 на противолежащей стороне рабочей зоны 4. Такое отверстие является монтажным и выполняется больше диаметра свариваемых труб в два и более раза, для устранения или снижения деформации трубки, не участвующей в сварке. Монтажное отверстие может располагаться в любой части кольцевой поверхности 10 индуктора в зависимости от конфигурации свариваемого трубопровода. Сменные рабочие части индуктора позволяют значительно снизить трудоемкость изготовления индукторов, уменьшить расход металла и уменьшить площади для хранения и использования индукторов. Для замены рабочей зоны индуктора необходимо открутить винты 3 и поставить новую рабочую зону с отверстием большей или меньшей величины. ЫЫЫ1

Использование: обработка и сварка металлов сильными магнитными полями. Сущность изобретения: индуктор включает соосные первичный, присоединенный к источнику тока, и вторичный короткозамкнутый виток. Оба витка выполнены с полуцилиндрическими пазами, обращенными друг к другу для размещения в рабочем отверстии обрабатываемой детали. Ось рабочего отверстия перпендикулярна оси витков. Часть витков выполнена сменной. Ширина вторичного витка сменной части на 13 - 26% меньше ширины первичного витка. В зоне расположения рабочего отверстия размещен концентратор магнитного поля в виде сегментного среза витков. Витки могут быть выполнены с дополнительными полуцилиндрическими пазами для размещения в образованном отверстии с зазором длинномерных изделий. Изобретение позволяет производить магнитоимпульсную сварку трубопроводов различного диаметра и конфигурации в монтажных условиях. Индуктор является универсальным, прост в изготовлении, имеет большой ресурс работы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Индуктор, содержащий присоединенный к источнику тока кольцевой первичный виток с концентратором магнитного поля, отличающийся тем, что индуктор включает дополнительно вторичный короткозамкнутый виток, выполненный в виде установленного соосно первичному витку кольца, оба витка выполнены с полуцилиндрическими пазами, обращенными друг к другу для размещения в образованном рабочем отверстии обрабатываемой детали, при этом ось рабочего отверстия перпендикулярна оси витков, часть витков в зоне размещения рабочего отверстия выполнена сменной, ширина сменной части вторичного витка на 13 26% меньше ширины первичного витка, соединение сменных частей с основными выполнено ступенчатым, а концентратор магнитного поля выполнен в виде сегментного среза витков в зоне расположения рабочего отверстия. 2. Индуктор по п. 1, отличающийся тем, что витки выполнены с дополнительными полуцилиндрическими пазами, обращенными друг к другу для размещения с зазором длинномерных изделий.