Устройство для спирального оребрения труб Советский патент 1984 года по МПК B23K13/00 B23K31/08 B21C37/26 

Изобретение относится к высокочастотной сварке металлов и может быть использовано при спиральном оребрении труб или при изготовлении других изделий, например шнеков, сваркой с контактным подводом тока высокой частоты.

При оребрении труб имеет место сварка между собой несимметричных элементов, так как узкие кромки металлической полосы привариваются к поверхности трубы. В процессе такой сварки труба недогревается из-за большого теплоотвода в массу металла, а полоса, из которой формируется ребро, перегревается.

Известно устройство для спирального оребрения труб, содержащее токоподводы Выравнивание температуры нагрева свариваемых элементов производится путем некоторого увеличения расстояния от места сварки до расположения контакта, подводящего ток к поверхности трубы, по сравнению с аналогичным расстоянием контакта, подводящего ток к ребру 1.

В известном устройстве неравномерность нагрева трубы и ребра компенсируется недостаточно вследствие слабой концентрации тока на участке поверхности трубы между местами расположения токоподводящих контактов. Это приводит к низкому качеству сварки и непроизводительному расходу энергии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство для спирального оребрения труб с помощью высокочастотной сварки давлением, содержащее контакты с токоподводами, один из которых выполнен в виде спиральновитого индуктирующего проводника. Применение известного устройства позволяет получать качественное сварное соединение, так как протекание тока по виткам спирали индуктирующего провода вызывает концентрацию нагрева поверхности трубы, главным образом, по линии приварки ребра 2.

Однако, в связи с те.м, что индуктирующий провод устройства находится под напряжением источника тока высокой частоты, при малом зазоре между индуктирующим проводом и поверхностью трубы образуются пробои между ними. Это приводит к местным непроварам и к постепенному выходу из строя самого устройства. К этому же приводят и короткие замыкания трубы с витками спирали индуктирующего провода, происходящие по причине неровностей трубы в осевом направлении. К коротким замыканиям приводят также биения трубы, возникающие при увеличении скорости ее вращения. Это обстоятельство не позволяет достигнуть проектных скоростей сварки. Увеличение же зазора между трубой и спиралью индуктирующего провода ведет к ослаблению действия эффекта близости и уменьщению предварительного нагрева свариваемой поверхности трубы. Кроме того, при переходе с одного на другой типоразмер оребряемых труб, связанном с изменением диаметра трубы или щага навивки ребра, необходима замена спирали индуктирующего провода. Это усложняет эксплуатацию устройства и не обеспечивает его универсальности.

Цель изобретения - повышение качества сварки, повышение эффективности и срока службы.

Поставленная цель достигается тем. что устройство, содержащее контакты с токоподводами, один из которых выполнен в виде спиральнонавитого индуктирующего проводника, снабжено установленной внутри спиральнонавитого проводника с возможностью вращательного и поступательного перемещений разрезной электропроводной втулкой, внутренняя поверхность которой выполнена со спиральным выступом для максимального нагрева поверх„ ности трубы по линии приварки ребра.

На фиг. 1 представлен пример осуществления устройства; на фиг. 2 - вид втулки со стороны входного торца.

Один полюс источника тока высокой

5 частоты 1 подключен через контактный токоподвод 2 к полосе 3, из которой формируется ребро 4. Второй полюс источника тока высокой частоты 1 через токоподвод 5 подключен к выводу спирали индуктирующего провода 6 от витка 7, ближайшего к

0 месту сварки 8 полосы 3 и трубы 9. Второй вывод индуктирующего провода 6 через контактный токоподвод 10 подключен к трубе 9. Спираль индуктирующего провода 6 охватывает трубу 9. Соединение электрической цепи осуществлено так, что направ5 ление тока в индуктирующем проводе 6 противоположно току на поверхности трубы 9, подведенному токоподводами 2 и 10. Б зазор между индуктирующим проводом 6 и трубой 9 помещена втулка 11 из электроQ проводного материала, например меди, охватывающая трубу 9. Втулка 11 имеет сквозной разрез 12 стенки по всей длине вдоль ее оси. Втулка 11 на поверхности, обращенной к трубе 9, имеет выступ 13 в форме спирали, шаг которой равен шагу приварива5 емого спирального ребра 4. Выступ 13 в сечении имеет форму трапеции, обращенной малым основанием к поверхности трубы 9. Длина малого основания превышает толщину привариваемого ребра 4. Втулка 11 выполнена сменной и подбирается со спи0 ральным выступом 13, имеющим шаг спирали, равный шагу навивки привариваемого ребра 4. Подбор сменной втулки 11 зависит также от диаметра оребряемой трубы 9. При уменьшении в известнь1х пределах диаметра оребряемой трубы 9 втулка 11

подбирается с выступом 13, имеющим большую высоту, с условием сохранения установленной величины зазора 14 между трубой 9 и выступом 13. Длина (число витков) и внутренний диаметр спирали индуктирующего провода 6 зависят от размеров и сортамента свариваемых элементов. Все токоведущие части устройства снабжены системой охлаждения. Перед началом работы втулку 11 путем поворота вокруг ее оси и перемещения вдоль нее приводят в положение, при котором выступ 13 охватывает трубу 9 строго по той спиральной линии на ее поверхности, по которой навивается и приваривается полоса 3, и фиксируют. При сварке полоса 3 и труба 9 подаются в сварочный узел (не показан) и сходятся в месте сварки 8. Труба 9 поступает к сварочному узлу вдоль своей оси, одновременно вращаясь вокруг нее так, чтобы полоса 3 навивалась на трубу 9 и приваривалась к ней с заданным щагом. Ток высокой частоты, мгновенное направление которого показано стрелками. от источника тока высокой частоты 1 подается через контактный токоподвод 2 к полосе 3 и далее к месту сварки 8. От места сварки 8 ток течет по поверхности трубы 9 через контактный токоподвод 10, индуктирующий провод 6 и токоподвод 5, замыкаясь на источник тока высокой частоты 1. Под действием магнитного поля индуктирующего провода 6 в теле втулки 11 индуцируется ток 15, который под действием поверхностного эффекта замыкается по наружной поверхности втулки 11 и по ее внутренней поверхности, причем максимальная плотность тока приходится на поверхность выступа 13, обращенную к трубе 9. Ток 15, индуцированный во втулке 11, по выступу 13 протекает в направлении, противоположном току на поверхности трубы 9, передаваемому контактными токоподводами 2 и 10. Поэтому под действием эффекта близости ток на поверхности трубы стягивается на участок, обращенный к выступу 13. Этот участок поверхности трубы 9, повторяющий форму спирального выступа, оказывается под максимальной плотностью тока и при движении трубы к моменту подхода к месту сварки 8 нагревается до сварочной температуры. Кромка полосы 3 при подходе к месту сварки 8 также нагревается до сварочной температуры. При наличии достаточного сварочного давления в месте сварки 8 полоса приваривается к трубе, образуя спирально оребренную трубу. Использование предлагаемого устройства, позволяет повысить производительность установки для спирального оребрения труб, улучшить качество сварного соединения и расширить сортамент оребряемых труб, в частности, за счет использования для оребрения тонкостенных труб. Втулка, имеющая спиральный выступ и находящаяся внутри витков индуктирующего провода, помещена вблизи трубы без опасения электрического пробоя между ними, так как она не находится под напряжением источника тока. Это позволяет получить предварительный подогрев более узкой спиральной „, „ поверхности трубы, что уменьг. j шает непроизводительный расход энергии и увеличивает эффективность устройства. Касания поверхности трубы и втулки между собой не приводят к искрению, постепенно выводящему устройство из строя, как это происходит в базовом варианте при соприкосновениях трубы с индуктирующим проводом. А исключение искрений ведет к улучшению качества сварного соединения, так как в моменты искрений возникают местные непровары (из-за утечки энергии). Кроме того, полностью исключить подачу труб, имеющих продольную кривизну (горбы) не представляется возможным. Устройство позволяет оребрять такие трубы, так как касания трубы и втулки не ведут к искрению. Это же обстоятельство позволяет увеличить скорость вращения трубы, т. е. скорость сварки. Биения, сопровождающиеся касаниями трубы и втулки, не столь опасны. Определенный подбор соотношений длины втулки и спирального выступа позволяет добиться интенсивного нагрева на коротком участке трубы, что в совокупности с увеличением скорости сварки позволяет оребрять тонкостенные трубы. При изменении щага навивки ребер или диаметра трубы в сторону его уменьшения (в определенных пределах), замены требует только втулка со спиральным выступом, что не приводит к сложному перемонтажу устройства в процессе эксплуатации, как это происходит при использовании базового варианта. Это обстоятельство делает устройство более универсальным.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПИРАЛЬНОГО ОРЕБРЕНИЯ ТРУБ с помощью высокочастотной сварки давлением, содержащее контакты с токоподводами, один из которых выполнен в виде сппральнонавитого индуктирующего проводника, отличающееся тем, что с целью повышения качества сварки, эффективности и увеличения срока с.чужбы, устройство снабжено установленной внутри спиральнонавитого проводника с возможностью вращательного и поступательного перемещений разрезной электропроводной втулкой, внутренная поверхность которой выполнена со спиральным выступом д„ая максимального нагрева поверхности трубы по линии приварки ребра. (Л со о со