Способ локального нагрева изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК C21D1/10 

11 Изобретение относится к индукционному нагреву и может быть использо вано при локальном нагреве шва и околошовной зоны прямошовных и спиральных труб, пластин и подобных изделий для термообработки. Цель изобретения - обеспечение равномерного нагрева сварного шва трубы и повышение КПД индуктора. На фиг. 1 изображен индукционньш нагреватель для локального нагрева, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - обмотка индуктора для локального нагрева, общий вид; на фиг. 4 - то же, вид сбоку; на фиг. 5 - температурные кривые. Нагрев участка 1 шва 2 трубы 3 производится рядом установленных оди за другим индукторов. Индуктор 4 (ти индуктора не имеет в данном случае принципиального значения, поэтому показана лись обмотка индуктора) уст новлен напротив шва 2 и его ось совмещена со швом 2. Ширину в индуктирующих витков индуктора выбирают таким образом, чтоб произвести нагрев зоны, ширина с кот рой задана из технологических требов ний, обычно ширина в индуктора в 1,2-1,5 раза превышает ширину с зо ны нагрева в зависимости от зазора между индуктором и изделием. По ходу движения трубы 3 и по оси шва 2 расположендополнительньй инду тор 5, который имеет вид петли, ось которой совмещена с осью шва. Индукт рукщие проводники 6 индуктора 5 расположены симметрично относительно шва 2 по обе стороны от него и включены встречно. Ширина d петлевого индуктора 5 выбрана не более ширин в индуктирующих проводников индукто ра 4, производящих основной нагрев, лежит в пределах (0,5-1) с тем, чтоб полоса нагрева, производимого индуктирующими проводниками 6 петлевого индуктора 5, приходиласьна границу участка 1 локального нагрева по его ширине. При прохождении торца 9 труб 3 под индуктором 4 индуцированный в теле трубы ток проходит под индуктирующими проводниками индуктора 4, установленного напротив подлежащего нагреву участка 1 трубы3, интенсивн нагревает участок 1 и замыкается двумя ветвями по обе стороны от учйс ка 1, Эти ветви при нахождении торца трубы 3 под индуктором 4 симметричны 72 при нагреве швов спирально-шовных труб. При нагреве прямошовных труб ток, индуктированный индуктирующими проводниками индуктора 4 в участке 1 трубы 3, замыкаясь по обе стороны от него токами обратного замыкания, на оси шва 2 не доходит до торца, оставляя эту область недогретой. При дальнейшем перемещении зта область проходит под индуктором 5. Ток, индуцированный на участке 1 нагрева трубы 3 индуктором 5, повторяет форму индуктора 5 и проходит по, границе участка 1 направо с одной стороны от шва 2 и в районе вершины петли индуктора 5 переходит через шов 2 поперек участка 1 нагрева по другую сторону участка 1 и течет в противоположном направле- НИИ. При прохождении торцовой зоны трубы под индуктором 5 ток в этой зоне течет поперек шва 2 параллельно торцу 9 и проходит именно по области недогрева участка 1 индуктором 4 и вызывает её преимещественный .нагрев. Таким образом, при правильно подобранных энергетических соотношениях между индукторами 4 и 5 нагрев участка 1 в зоне торца 9 выравнивается. Выравнивание нагрева происходит при нахождении торца в любой точке по длине индуктора 3, ибо во всех этих случаях ток с одной стороны участка 1 нагрева переходит на другую его сторону. Этот переход всегда происходит через зону недогрева в зоне торца 9 трубы 3. При нагреве спирально-шовных труб нагрев на торце резко неравномерный. Со стороны тупого угла, образованного швом с торцом трубы, отмечается перегрев. Со стороны острого угла шва с торцом отмечается недогрев. Ветви тока обратного замыкания на торце несимметричны. В этом случае также выравнивание нагрева может быть достигнуто пропусканием тока поперек шва с помощью петлевого индуктора, установленного в один ряд с производящими основной нагревиндукторами.- Одновременно с выращиванием нагрева зона 1 локального нагрева на торце 9 применение петлевого индуктора позволяет повысить эффективность нагрева. Это достигается применением узкого индуктора, т.е. индуктора, ширина которого не превышает 1,2-1,5 ширины

с зоны нагрева и нагрева границы по зоне с дополнительно током петлевого индуктора 5.

При перемещении трубы под индукторами 4 и 5, установленными вдоль оси шва 2, каждый индуктор производит нагрев, расположенной под ним зоны. Индуктор 4 нагревает зону шириной с . (Характерное распределение температуры в конце нагрева индуктором 4 дано на фиг. 5, кривая 7, где по оси ординат отложены значения температур, по оси абсцисс - расстояние по ширине нагреваемой зоны перпендикулярно шву 2). В центре зоны с по оси шва 2 значение температуры Т вьппе, чем на границах зоны с- на 10-15%, температура Т . Зона, нагретая с указанным значением температур, при дальнейшем перемещении проходит под индуктором 5, которьш производит нагрев участков, расположенных под индуктируюшими проводниками индукто- ра 5. За счет того, что расположение этих участков выбрано таким образом, что они находятся на границе зоны участка 1 локального нагрева, проис-.. ходит повышение температуры на границе участка 1. В результате, температура распределяется по ширине участка 1 более равномерно (кривая 8 на фиг. 5). Разница температуры по ширине участка 1 составляет 2-5%.

Предлагаемьй способ нагрева может быть осуществлен индукторами, расположенными один за другим, части которых являются плоскими индукторами с индуктирующими проводниками, расположенными над всей шириной участка нагрева, другие петлевого типа, преимущественно на последней стадиинагрева (такой вариант нагрева изображен на фиг. 1 и 2). На фиг. 3 и 4 изображен индуктор, который для упрощения конструкции совмещает в себе оба описанных индуктора. Индуктор состоит из двух частей. Часть 10 является плоским индуктором для локального нагрева, часть 11 - петлевым индуктором. Петлевой индуктор I 1 включен последовательно в разрыв между индуктирующими 12 и обратными 13 проводниками плоского индуктора 10. Индуктирующие проводники 14 и 15 петлевого индуктора ориентированы вдоль индуктирующих проводников 12 плоского индуктора 10 и расположены в той же плдскости, что и индуктирующие проводники 12индуктора 10. При необходимости петлевой индуктор может быть выполнен с обеих сторон плоского индуктора 1€.

Труба 3 о{)иентируется таким образом, чтобы ее шов 2 был совмещен с осью расположенных один за другим индукторов и начинает перемещаться под ними. Часть индукторов является плоскими индукторами, ширина индуктирующих проводников которых выбрана в соответствии с шириной с участка 1 нагрева и превышает ширину с участка нагрева (околошовной зоны) н более чем в 1,2-1,5 раза, часть индуторов преимущественно на последних стадиях нагрева является петлевыми, производится нагрев заданного участка при-перемещении трубы под плоским индукторами и дополнительный нагрев при перемещении трубы под петлевыми индукторами. Происходит выравнивание нагрева как по ширине участка, так и по торцам изделия.

Пример. Проводится нагрев прямошовной трубы диаметром 820 мм с толщиной стенки 12 мм двумя индукторами, установленными соосно один за другим. Первый индуктор плоский с магнитопроводом диаметром 750 мм, ширина паза магнитопровода 120 мм. Питание индуктора осуществляется от преобразователя ОПЧ-500/2,4. Длина индуктора по магнитопроводу 800 мм, число витков 5. Второй индуктор петлевой, его длина 800 мм, ширина 80 мм. Индуктор имеет два витка, один проходит в одном направлении, второй в обратном. Ширина витков

по 20 мм. t

Питание петлевого индуктора осуществляется через понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации 5 от преобразователя ОПЧ-50й/2,4. Осуществляется нагрев зоны шириной 90 мм при скорости перемещения трубы 2 м/мин до 800-850 С. Достигнутая равномерность температуры по ширине зоны 90 мм не хуже 5%, а при нагреве торца наблюдается небольшой перегрев (50°С) торца в пределах заданной зоны на глубине до 5-10 мм. Такой перегрев является допустимым. В пределах заданной зоны в районе торца за исключением описанного перегрева равномерность . температуры не хуже 10%.

U4

С

Фиг. г

// 2

L/

1. Способ локального нагрев-а изделий, например сварного шва трубы,. включающий непрерьтно- послер овательньй нагрев шва в основном и дополнительном электромагнитных полях, отличающийся тем, что, с целью равномерного нагрева сварного шва, дополнительное электромагнитное поле создают посредством петлевого индуктора, ось которого ориентирована по оси шва трубы, при этом ширина плоского индуктора превьш1ает ширину нагреваемой зоны не более, чем в 1,2-1,5раза. 2.Устройство для локального нагрева изделий, например сварного шва трубы, содержащее плоский индуктор с индуктирующими и обратньми проо S водниками, отличающ. ееся тем. Что, с целью равномерного нагСО рева сварного шва, оно снабжено йет.левым индуктором, ширина петель которого составляет 0,5-1 ширины плоского индуктора. . 3.Устройство поп. 2, о т- л и ч аю щ е е с я тем, что, с цепью повышения КПД индуктора, петлевой индук.тор включен между индуктирующими и ел обратными проводниками ппоского ин00 дуктора.

фиг.З

///,/.

W

11

/

т 12

Фиг.

Г

ri Гг

Y// Y/Л Y/A Y/Л Y/A

пп

фиг. 5