СПОСОБ ПРАВКИ СВАРНЫХ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК B21H1/12 B23K28/00 

Изобретение относится к судостроению, в частности к правке сварных конструкций из титановых сплавов, и может быть пpименено также в машиностроительной и химической промышленностях.

Известны традиционные способы правки сварных конструкций из титановых сплавов нагревом с помощью газовой горелки в защитной атмосфере [1] Однако при таком способе нет защиты от перегрева и изменений свойств сплава, образуются токсичные газы, а характеристики нагрева и подводимая энергия увеличивают уровень напряжений в конструкции.

Известно устройство высокочастотного индукционного нагрева для безударной правки тонколистовых конструкций, содержащее плоский индуктор с магнитопроводом и понижающим трансформатором, установленным на фундаменте, снабженном винтовыми приводами, установленными по его краям, причем свободные концы винтов этих приводов соединены с головками, шарнирно вмонтированными в основание тележки [2] Это устройство также не создает защиту от перегрева. Кроме того, из-за больших габаритов и веса устройства производить нагрев штрихами в процессе термической правки трудоемко и неудобно, снижается производительность правки, все это приводит к большим трудностям для промышленного применения, титан править нельзя, не имеет защитных устройств.

Известна также система индукционного нагрева для термической правки стальных листовых конструкций "ТЕРАК" [3] которая состоит из высокочастотного преобразователя, соединенного с агрегатом индукционного нагрева при помощи гибкого силового кабеля, системы охлаждения индуктора, электромагнитов, при помощи которых аппарат прижимается к палубе или переборке во время работы. Индуктор имеет рукоятку для перемещения его по горизонтальной поверхности. Правка происходит при включении подачи сжатого воздуха для охлаждения катушки индуктивности, с помощью которой в сплаве создаются вихревые токи, нагревающий сплав, образуя при этом концентрированную полосу.

Наиболее близким к данному изобретению в части способа является известный способ правки сварных корпусных конструкций, в котором осуществляют локальный нагрев участков конструкции с последующим их охлаждением газом, которое выполняют одновременно с нагревом каждого последующего участка [4]
Однако этот способ неприменим для правки конструкций из титановых сплавов. В процессе перемещения горелки не создается защита ранее нагретого участка поверхности сплава на время его охлаждения. Снижается производительность.

Цель изобретения повышение производительности правки и снижение трудоемкости путем защиты ранее нагретого участка поверхности сплава на время его охлаждения до температуры, исключающей окисление сплава в процессе перемещения индуктора на новый участок и его нагрева.

Указанная цель достигается тем, что в способе правки сварных корпусных конструкций из титановых сплавов, включающем нагрев локальных участков с охлаждением, нагрев осуществляют индуктором, а в качестве охлаждающего газа применяют инертный газ. Инертный газ в процессе правки нагревом производит охлаждение полюсов магнитопровода. При перемещении индуктора и нагреве нового очередного участка предыдущий нагретый участок защищается и охлаждается инертным газом до температуры, исключающей окисление нагретого участка сплава.

Для осуществления указанного способа используется устройство, состоящее из магнитопровода с катушкой индуктивности, конденсаторной батареи, экрана, корпуса с рукояткой и системы подачи воздуха для охлаждения, в котором индуктор снабжен защитной камерой с системой подачи инертного газа, образованной подпружиненными шторками, расположенными по периметру корпуса индуктора, нагреваемой поверхностью и разделительной перегородкой, отделяющей защитную камеру от канала системы воздушного охлаждения индуктора. Разделительная перегородка снабжена окнами с герметичным уплотнением для подвода полюсов магнитопровода к подогреваемой поверхности.

Индуктор сочленен с одной или несколькими дополнительными защитными камерами с системами подачи инертного газа. Правку при этом производят нагревом штрихами одновременно с подачей в индуктор воздуха и инертного газа. Все это обеспечивает повышение производительности правки путем защиты ранее нагретого и нагреваемого участков и охлаждения его инертным газом. В процессе правки контролируется нагрев и обеспечивается повторяемость, защита от перегрева и изменений свойств сплава, отсутствуют токсичные газы.

Устройство индукционного нагрева для правки сварных корпусных конструкций из титановых сплавов показано на фиг. 1 6.

Индуктор (фиг. 1) состоит из магнитопровода 1 с катушкой индуктивности 2, конденсаторной батареи 3, закрепленной на подставке 4, расположенной над магнитопроводом 1, экрана 5 с металлической сеткой 6, корпуса 7, рукоятки 8 с блоком управления 9, воздухопровода 10 и воздушного канала 11 (фиг. 2) системы подачи воздуха для охлаждения магнитопровода 1 с катушкой индуктивности 2 и газопровода 12 системы подачи инертного (защитного) газа. Снизу к корпусу 7 крепится разделительная перегородка 13 с окнами 14 и отверстием 15 (фиг. 3), которая с одной стороны вместе с подпружиненными шторками 16, расположенными по периметру корпуса 7, и нагреваемой поверхностью 17, образует защитную камеру 18, а с другой стороны вместе с магнитопроводом 1 образует воздушный канал 11 (фиг. 4) системы подачи воздуха. В окна 14 разделительной перегородки 13, имеющие герметичные уплотнения 19, входят полюса магнитопровода 1, а в отверстие 15 вставляется газопровод 12 системы подачи инертного газа. Разделительная перегородка 13, кроме описанных выше функций, выполняет и роль основания, на котором закреплены магнитопровод 1 с катушкой индуктивности 2, подставка 4, экран 5 и газопровод 12. Сверху на корпусе 7 закреплены: клеммник 20, к которому подключены питающие кабели 21 и выводы 22 катушки индуктивности 2; штепсельный разъем 23 с кабелем управления 24 и шаровое устройство 25, к которому крепится рукоятка 8. Кроме этого, сверху на корпусе 7 закреплен штуцер 26 со шлангом 27 для подачи сжатого воздуха и штуцер 28 со шлангом 29 для подачи инертного газа. К штуцеру 26 снизу подсоединяется воздухопровод 10, а к штуцеру 28 газопровод 12. На блоке управления 9 размещена кнопка управления (включения) 30, сигнальные лампы 31 и 32. Спереди к корпусу 7 (фиг. 5) через уплотнение 33 крепится дополнительная защитная камера 34, состоящая из корпуса 35 с подпружиненными шторками 36, расположенными с трех сторон корпуса 35, кроме стороны подсоединения к корпусу 7 индуктора. В этом случае у корпуса 7, со стороны крепления дополнительной защитной камеры 34, подпружиненные шторки 16 снимаются. В этом случае дополнительная защитная камера 34 и защитная камера 18 образуют как бы единую защитную камеру. Инертный газ свободно поступает из защитной камеры 18 в дополнительную защитную камеру 34.

Устройство для индукционного нагрева правки сварных корпусных конструкций из титановых сплавов работает следующим образом.

Питающие кабели 21 и кабель управления 24 подключаются к источнику питания ультразвуковой частоты. Шланг 27 для подачи охлаждающего воздуха в индуктор подключается к цеховой магистрали сжатого воздуха, а шланг 29 для подачи защитного газа в защитную камеру 18 подключается к газовому баллону с инертным газом. На источнике питания включается вводной автомат, запускается вентилятор и включается в работу таймер, задающий время нагрева локального участка до технологически заданной температуры в зависимости от толщины нагреваемого участка.

После заполнения инертным (защитным) газом защитной камеры 18 и дополнительной защитной камеры 34 нажатием кнопки управления 30 включается в работу индуктор, о чем свидетельствует загоревшаяся сигнальная лампа 31 блока управления 9. Происходит нагрев штрихом (локального участка) поверхности 17. При достижении нагреваемым участком технологически заданной температуры, индуктор автоматически отключается таймером источника питания. Сигнальная лампа 31 гаснет и включается сигнальная лампа 32, свидетельствующая о начале продувки (охлаждения) магнитопровода 1 с катушкой индуктивности 2. Пока идет продувка, индуктор за рукоятку 8 без отрыва от нагреваемой поверхности 17 перемещают на новое место для нагрева очередного штриха. При этом нагретый участок из защитной камеры 18 как бы перемещается в район дополнительной защитной камеры 34, находясь все время в инертной атмосфере. После отключения сигнальной лампы 32, свидетельствующей о завершении процесса продувки, нажатием кнопки управления 30 вновь включают индуктор для очередного нагрева штриха. Пока происходит нагрев очередного штриха, предыдущий нагретый участок охлаждается в инертной атмосфере до температуры исключающей окисление нагретого участка. После отключения таймером индуктора сигнальная лампа 31 гаснет, сигнальная лампа 32 загорается, начинается процесс очередной продувки воздухом магнитопровода 1 с катушкой индуктивности 2 и очередное перемещение индуктора на новое место для очередного нагрева. В течение всего процесса правки поступающий инертный газ в защитную камеру 18 производит дополнительное охлаждение полюсов магнитопровода 1, которые выведены в защитную камеру 18 через окна 14 разделительной перегородки 13.

Пример конкретного выполнения.

Предлагаемый способ индукционного нагрева для правки сварных корпусных конструкций из титановых сплавов опробован на опытных образцах в условиях ННИИММ "Прометей". Для нагрева опытных образцов (лист 350х200 мм толщиной 5 мм) использовался разработанный и изготовленный ННИИММ "Прометей" высокочастотный индуктор с воздушным охлаждением магнитопровода и катушки индуктивности, применяемый для правки стальных судовых конструкций. Индуктор дополнительно был оборудован системой газовой защиты нагреваемых локальных участков (штрихов) со стороны индуктора. Обратная сторона образца в районе штриха закрывалась специальной камерой, в которую также подавался защитный газ (аргон).

Проведенные эксперименты показали высокую эффективность индукционного нагрева локальных участков на опытных образцах из титановых сплавов (сквозной прогрев образца штрихом длиной 80 мм и шириной 7 мм производился за 9 сек до температуры 750^oС). Газовая защита штриха удовлетворяет требованиям РД5.95055-90.

Изобретение предназначено для правки сварных конструкций из титановых сплавов и может быть применено в судостроительной, машиностроительной и химической промышленностях. Сущность изобретения: способ индукционного нагрева для правки сварных корпусных конструкций из титановых сплавов заключается в нагреве сплава участками с охлаждением магнитопровода и катушки индуктивности индуктора воздухом. Правка производится нагревом участками одновременно с подачей в индуктор воздуха и инертного газа самостоятельными каналами для охлаждения и защиты нагретого участка сплава. Кроме того, при перемещении индуктора и нагреве нового очередного участка предыдущий нагретый участок защищается и охлаждается инертным газом до температуры, исключающей окисление нагретого участка сплава. Устройство состоит из магнитопровода с катушкой индуктивности, конденсаторной батареи, экрана, корпуса с рукояткой и системой подачи воздуха для охлаждения. Индуктор снабжен защитной камерой с системой подачи инертного газа, образованной подпружиненными шторками, расположенными по периметру корпуса индуктора, нагреваемой поверхностью и разделительной перегородкой, отделяющей защитную камеру от канала системы воздушного охлаждения индуктора, кроме того, разделительная перегородка снабжена окнами с герметичным уплотнением для подвода полюсов магнитопровода к подогреваемой поверхности. 2 с. и 1 з.п., ф-лы, 6 ил.

1. Способ правки сварных корпусных конструкций, заключающийся в нагреве локальных участков конструкции с последующим их охлаждением газом, которое выполняют одновременно с нагревом каждого последующего участка, отличающийся тем, что нагрев осуществляют индуктором, а в качестве охлаждающего газа применяют инертный газ, которым охлаждают индуктор, и используют его для защиты от окисления нагреваемого и нагретого участков. 2. Устройство для правки корпусных конструкций, состоящее из корпуса, в котором размещены индуктор для нагрева с магнитопроводом, конденсаторная батарея и экран, рукоятки и системы подачи воздуха для охлаждения индуктора, отличающееся тем, что оно снабжено системой подачи инертного газа с газопроводом и разделительной перегородкой и шторками для образования защитной камеры, перегородка выполнена с окнами с герметичными уплотнениями и отверстием и закреплена в корпусе в плоскости, перпендикулярной его стенкам, со стороны, обращенной к обрабатываемой поверхности, а шторки подпружинены и закреплены на стенках корпуса по всему его периметру, при этом магнитопровод с катушкой индуктивности закреплен на перегородке с возможностью расположения его полюсов в ее окнах, а газопровод соединен с отверстием перегородки. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной защитной камерой, закрепленной на корпусе с возможностью образования единой камеры с первой защитной камерой.