Индукционно-нагревательное устройство Советский патент 1992 года по МПК B23K13/00 

держащего четыре секционные катушки 8, (фиг.З) выполнено следующим образом. На выходах одного плюса 9 катушек 8 установлены четыре шпильки 10 с изоляционными шайбами 11, например, из текстолита, а на выходах второго плюса 12 -четыре шпильки 13 с графитовыми шайбами 14. В шинах 15,16 токоподвода 3, изолированных друг от друга прокладкой 17 из изоляционного материала, например, гетинакса, выполнены четыре сквозные продольные прорези Г (фиг.1), в каждой из которых размещены по две раз1;1ополярные шпильки 10 и 13 каждой катушки 8. Шпильки 10,13 изолированы от шин 15,16 токоподвода 3 с помощью изоляционных втулок 18 из фторопласта.

На концах шпилек 10 с изоляционными шайбами 11 установлены токосъемники 19, выполненные в виде размещенных на этих шпильках графитовых шайб 20, контактирующих с шиной 15 токоподвода 3 с одной стороны и с опорной поверхностью Т-образной в сечении втулки 21 с другой стороны, причем у последней выполнены продольные прорези и на нее насажен упругий элемент 22, размещенный в полом цилиндре 23, установленном на Т-образной втулке 21, и гайки 24,с глухой внутренней полостью со стороны втулки.

На концах шпилек ТЗ с графитовыми шайбами 14 установлены крепежные узлы 25 (фиг.З), контактирующие с шиной 15 токоподвода 3 через изоляционные шайбы 26 и по конструкции своей аналогичные устройству токосъемника 19, в котором Т-образная втулка 21 может не иметь продольных прорезей, а упругий элемент 22 с полым цилиндром 23 может быть заменен пружиной.

Нагревательный элемент 2 соединен с токоподводом 3 следующим образом. Выводы д, е (фиг.5) нагревательного элемента 2 размещены в прорези ж токоподвода 3 и изолированы друг от друга прокладкой 27 и от токоподвода с помощью прокладок 28,29. Прорезь ж с обеих сторон токоподвода 3 перекрыта планками30,31. Планка30 контактирует только с шиной 16 и выводом е нагревательного элемента 2, от вывода д она изолирована прокладкой 28. Планка 31 соответственно контактирует толькЪ с шиной 15 и выводом д, от вь1вода е она изолирована прокладкой 29, например, из стеклотекстолита. Планки 30,31 крепят к шинам 15, 16с помощью болтов 32, изолированных от шин с помощью изоляционных шайб 33 и втулок 34 и эксцентриковых гаек 35 с V-образнЬй выступающей наружной поверхностью, установленных в ответных продольных пазах, выполненных в изоляционном сухаре 36, например, из гетинакса, закрепленном на корпусе трансформатора 1. Токрподвод 3 связан с электромагнитным приводом 4 с помощью серьги 37, соединенной с токоподводом посредством изолированного шарнира 38. Электромагнитный привод включает два электромагнита 39,40, корпусы которых соединены основаниями друг с другом. При этом сер0 дечник41 электромагнита39 связан посредством шпильки 42 с серьгой 37, а сердечник 43 электромагнита 40 - с шарниром 44 демпферного устройства 45, установленного на общем с трансформатором 1 основании

5 46. Электромагнитный привод 4 выполнен с возможностью ограничения хода сердечника 41 за счет установки двух симметрично расположенных относительно электромагнита 39 П-образных тяг 47 на общем осно0 вании 48 электромагнитов 39,40.

Токоподвод 3 связан также с электропневматическим приводом 5, выполненным с возможностью только подъема токоподвода и связанных с ним элементов электромагнитного привода 4, с помощью коромысла 49, установленного на шарнирной опоре 50 на основании 46. Одним концом U-образной формы оно контактирует с концами шпильки 42, связанной через серьгу 37 с токопод0 водом 3, а другим концом оно связано шарнирно с цилиндром 51, шток которого через серьгу 52 с гайкой 53 соединен с основанием 46 шарниром 54.

Нагревательный элемент 2 имеет маг5 нитопровод 55, установленный у его выводов д, е, которые на концах снабжены входным 56 и выходным 57 штуцерами.

Устройство водяного охлаждения 6 выполнено следующим образом. Шпильки 10 с

0 изоляционными шайбами 11 имеют внутренний несквозной канал, в котором размещена трубка 58, установленная в корпусе 59 и связанная каналом с входным штуцером 60. Выходной штуцер 61 связан каналом с

5 внутренней полостью шпильки 10. Корпус 59 с контргайкой €2 установлен на конце шпильки 10 и имеет уплотнение 63. Шины 15,16 токоподвода 3 имеют разветвленную сеть каналов водяного охлаждения с входным 64 и выходным 65 штуцерами на каждой шине.

Подлежащие сварке гнутые элементы труб поверхностей нагрева котельных агрегатов типа змеевиков, предварительно очищенные от ржавчины, окислов и других загрязнений в местах сварки, центруют относительно друг друга и устанавливают с зазором между их торцами. С включением электропневматического привода 5 короМЫСЛ049, вращаясь на шарнирной опоре 50

под воздействием пневматического цилиндра 51, свободным концом и-образной формы упирается снизу в концы шпильки 42, поднимает через связанную с ней серьгу 37 токоподвод 3 и вводит соединенный с ним жестко нагревательный элемент 2 в зазор между торцами стыкуемых труб соосно им и на равном расстоянии от их торцов. .

Токоподвод 3 при подъеме скользит в своих продольных прорезях Г, играющих роль направляющих, по шпильками 10,13 трансформатора 1 между изоляционными 11,26 и графитовыми 14,20 парами разноименных шайб и эксцентриковыми гайками 35 в V-образных пазах изоляционного сухаря 36, образующих дополнительные направляющие. Свобода перемещения токоподвода 3 достигается за счет применения в токосъемниках 19 и крепежных узлах 25 упругих элементов 22, а также изоляционных 11,26 и графитовых 14,20 пар шайб.

Благодаря такой жесткой фиксации токоподвода 3 по его концам обеспечивают точную установку нагревательного элемента 2 относительно стыкуемых торцов труб. Регулировку его положения относительно оси труб обеспечивают следующим образом. В горизонтальной плоскости перпендикулярно оси труб ее осуществляют эксцентриковыми гайками 35 с V-образной выступающей наружной поверхностью, предотвращающей смещение нагревательного элемента 2 вдоль оси труб. В вертикальной плоскости соосно с нагревательным элементом 2 с трубами регулировку обеспечивают регулированием хода токоподвода 3 вверх с помощью винтовой пары шток цилиндра 51 - серьга 52 электропнетвматического привода 5.

С подъемом токоподвода 3 связанная с ним серьга 37 сначала выдвигает установленной в ней шпилькой 42 сердечник 41 электромагнита 39 на половину требуемого рабочего хода токоподвода, а затем той же шпилькой 42 после того как она упрется концами в полки П-образных тяг 47 поднимают связанные с ними общим основанием 48 корпусы электромагнитов 39,40 на оставшуюся вторую половину рабочего хода токоподвода 3. Сердечник 43 электромагнита 40, связанный с основанием 46 через демпферное устройство 45 и шарнир 44, остается при этом на месте. Таким соединением электромагнитов достигают требуемый рабочий ход связанного с ними токоподвода 3, превышающий номинальный ход одного электромагнита практически вдвое. При этом электромагнитная система привода 4 как бы взводится, готовая к последующему включению в нужный момент времени.

После подъема токоподвода 3 электропневматический привод 5 отключают, коромысло 49 под воздействием пневмоцилиндра 51 возвращается в исходное положение,

5 освобождая свободным концом U-образной формы шпильку 42. Токоподвод 3 с взведенной электромагнитной системой привода 4 остается в поднятом положении, удерживаясь от опускания в таком состоя0 НИИ за счет сил трения, определяемых степенью сжатия упругих элементов 22 в токосъемниках 19 и крепежных узлах 25 гайками 24. Отключение электропневматического привода 5 может производиться в

5 любой другой момент времени, но несколько раньше времени включения электромагнитного привода 4, чтобы реализовать преимущества последнего по быстродействию, необходимому при выводе нагревательного элемента 2 из зазора между торцами труб после их нагрева.

После этого подают напряжение повышенной частоты 8000 Гц на трансформатор 1. При плотном прижатии гайкой 24 Т-образной втулки 21, графитовой шайбы 20, шин 15,16 и изоляционной шайбы 11 к трансформатору 1 через упругий элемент 22 последний сжимается и при ограничении течения его наружу полым цилиндром 23 происходит плотное прижатие лепестков Т-образной втулки 21 к наружной поверхности шпильки 10. В результате этого вторичный ток трансформатора 1 с выводом 9 его катушек 8, изолированных от шины 16 изоляционными шайбами 11, через шпильки 10, изолированные в свою очередь от шин изоляционными втулками 18, снимают Т-образными втулками 21 и передают через графитовые шайбы 20 на шину 15. С шины

0 15 ток поступает через планку 31 на вывод д нагревательного элемента 2, пройдя через который ток с вывода е идет на планку 30, а с нее на шину 16, с которой ток через графитовые шайбы 14, прижатые к трансформатору 1 крепежными узлами 25, поступает непосредственно, минуя шпильки 13, на выходы 12 катушек 8 трансформатора 1. С прохождением тока по нагревательному элементу 2 происходит индукционный

0 нагрев торцов труб. По достижении на них заданных температуры и градиента температурного поля включают электромагнитный привод 4. Сердечники 41,43 электромагнитов 39,40, втягиваясь навстречу друг другу, резко опускают токоподвод 3 через серьгу 37. В нижнем положении он тормозится демпферным устройством 45. С токоподводом 3 вниз уходит нагревательный элемент 2, после чего трубы ускоренно

сближают и осаживают с получением сварного соединения с заданными свойствами и проходным отверстием, не требующего последующей механической обработки. Сварку труб производят в защитной среде. С осадкой включают трансформатор 1. В связи с тем, что электропневматический привод 5 отключают заранее, время вывода нагревательного элемента 2 i/js зазора между свариваемыми торцами труб определя,ется только быстродействием электромагнитного привода 4.

Применение графитовых шайб 14,20 обеспечивает создание долговечного скользящего электрического контакта между медными Т-образными втулками 21 и медной шиной 15 токоподвода 3 и медной шиной 16 и алюминиевыми катушками 8 трансформатора 1. Благодаря им исключаются искрообразование и подгорание в местах контактирования при больших токах, а также отпадает необходимость в применении каких-либо токоподводящих смазочных материалов, например графитовой смазки,

Предлагаемое индукционно-нагревательное устройство реализовали на стыкосварочной машине. Его опробовали на холостом ходу в режиме многоциклового включения и при нагреве под сварку труб поверхностей нагрева большого сечения. Параметры режима сварки труб мм из малоуглеродистой и низколегированной сталей были следующими.

Напряжение питания силового трансформатора и 320 В; частота тока f 8000 Гц; ток генератора 1 80-95 А; мощность W 22-29 кВт; коэффициент мощности cos (р 0,98; время нагрева т 14,33-15,07 с; зазор между нагревательным элементом и торцами стыкуемых труб b 1,2 мм; толщина нагревательного элемента (5 9 мм; наружный и внутренний диаметры нагревательного элемента соответственно DH 64 мм; Ьвн 27 мм; время вывода нагревательного элемента из зазора ti 0,08 с; время закрытия зазора между торцами труб Х2 0,1 с; величина осадки Дос 3,15 мм; удельное давление осадки РОС 50 МПа, ход тоКоподвода с нагревательны,м элементом h 57 мм; зазор между трубой и нагревательным элементом в нижнем положении (при осадке) 4 мм; защитный газ - чистый азот с добавкой метана в соотношении 3:2 в конце нагрева.

Во время многоцикловых испытаний на холостом ходу и во время нагрева под сварку регистрировали максимальные отклонения нагревательного элемента относительно нейтрального его положения (среднестатистического) вдоль оси стыкуемых труб и в плоскости, перпендикулярной этой

оси, так какрни определяют степень равномерности нагрева труб по периметру. Эти отклонения соответственно составляли + 0,03 мм и + 0,05 мм.

Получаемые стыки труб удовлетворяли

всем требованиям качества, предъ вляемым действующими стандартами к аналогичным стыковым сварным соединениям. Проходное отверстие получаемых без0 гратовых соединений превышало требуемое максимально достигаемое при других способах сварки и составляло 0,9 BHytpeHнегО диаметра труб.

Изобретение обеспечивает более устойчивое положения в зазоре за счет перемещения жестких несоставных токоподводящих шин с раздельными регулируемым водяным охлаждением в двух расположенных по их концам направляющих узлах относительно источника тока, что позволяет .получать равномерный нагрев стыкуемых торцов и высокое качество сварного соединения, обеспечить надежный, долговечный и стабильный скользящий контакт во вторичном контуре за счет применения токосъемника с графитовыми шайбами на сопрягаемых токоподводящих поверхностях, осуществить быстродействие вывода нагревательного элемента из зазора между

0 нагретыми торцами стыкуемых трубных элементов за счет электромагнитного привода, обеспечивающего требуемый большой ход нагревательного элемента путем конструктивно последовательного соединения электромагнитов с меньшим номинальным ходом. В результате этого расширяются технологические возможности при сварке труб поверхностей нагре ва из легированных сталей, улучшаются электрические параметры

0 вторичного контура за счет компактности, токоподвода и близкого расположения относительно трансформатора, обеспечиваются регулировка положения в зазоре и оперативная взаимозаменяемость нагревательного элемента при ремонте, наладке и прочих видах работ за счет установки его на токоподводе с помощью регулируемых крепежных узлов.

Формулаизобретения

0 1. Индукционно-нагревательное устройство для стыковой сварки, содержащее понижающий трансформатор, индуктирующий провод с двумя симметричными выводами, изолированные друг от друга

5 прокладкой токоподводящие шины, соединенные каждая одним концом жестко с выводами индуктирующего провода, а другим с одной из выводных плит вторичной обмотки трансформатора, и пневмопривод, соединенный с шинами, для ввода индуктирующего провода в зазор между соединяемыми деталями, отличающееся тем, что, с целью повышения качества нагрева ирасширения технологических возможностей при сварке гнутых элементов труб, например змеевиков труб поверхностей нагрева котлоагрегатов из легированных сталей, устройство снабжено электроприводом, соединенным с шинами, для вывода индуктирующего провода из зазора между Соединяемыми деталями, по меньшей мере двумя токосъемниками, каждый из токосъемников выполнен в виде шпильки, размещенных на ней изоляционной и токопроводящей шайб, изоляционной втулки, установленной между шайбами втулки с фланцем, выполненный с продольнь1ми прорезями на цилиндрической поверхности и установленной с возможностью контактирования с одной из шайб, упругого элемента с ограничителем расширения в виде вtyлки,.установленного на цилиндрической части втулки с фланцем, гайки с выточкой,:на торце, установленной на шпильке с-возможностью контактирования с упругим элементом кольцевой поверхностью торца, образованного выточкой, контргайки, установленной на шпильке с возможностью контактирования с гайкой, крдме TorOf токосъемник снабжен трубкой, полым корпусом системы охлаждения, установленным на конце шпильки и выполненным с двумя отверстиями для подачи и слива охлаждающей жидкости, при этом в шпильке со стороны конца с закрепленным полым корпусом выполнено глухое отверстие, соединенное с отверстием полого корпуса для слива охлаждающей жидкости, в отверстии шпильки установлена трубка, соединенная с отверстием полого корпуса подачи охлаждающей жидкости, в токоподводящих шинах и прокладке выполнено по меньшей мере по одной J popeзи соосно друг с другом, шины шпиль ками токосъемников закреплены на выводных плитах вторичной обмотки трансформатора, при этом токоподводящая шайба одного токосъемника установлена между одной из выводных плит и токоподводящей шиной, а второго токосъемника между другой токоподводящей шиной и фланцем его разрезной втулки.

2.Устройство поп.1,отличающеес я тем, что, с цельк) улучшения технологичности, в токоподводящих шинах выполнены пазы, в которых установлены концы индуктирующего провода, причем каждый установлен с возможностью электрического контакта с лицевой поверхностью только одной токопроводящей шины и электроизолировано от другой токопроводящей шины, электроизоляция выполнена в виде планок из электроизоляционного материала, которые снабжены крепежными узлами, обеспечивающими электрический контакт и установленными симметрично относительно индуктирующего провода.

3.Устройство по ПП.1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что крепежный узел выполнен в виде болта и плоской гайки, электроизрлит рованных от токоподводящих шин, образующая поверхность гайки выполнена в виде двух сомкнутых основаниями усеченных конусов, и снабжен сухарем с двумя продольными пазами, установленным на трансформаторе, а гайки укреплены образующими поверхностями в продольных пазах сухарей,

4.Устройство по П.1, отличающее с я тем, что токопроводящие шайбы выполнены из графита. фиг. У

Изобретение относится к сварке давлением, в частности к устройствам индукционного нагрева токами повышенной частоты /2400-8000 Гц/ под безгратовую стыковую сварку изделий с развитым сечением, например труб из перлитных сталей в поверхностях нагрева котельных энергоустановок. Цель изобретения - повышение качества и расширение технологических возможностей за счет сварки гнутых элементов труб.X/2-например змеевиков труб поверхностей нагрева котлоагрегатов из легированных сталей. Устройство содержит понижающий трансформатор, индуктирующий провод, токоподводящие шины, пневмопривод. Кроме того, оно снабжено электроприводом дл!Я вывода индуктирующего провода из зазора между соединяемыми деталями. Токосъемники выполнены в виде шпильки 58 и установленных на ней изоляционной 26 и токопроводящей 20 шайб, изоляционной втулки 21, упругого элемента 22 с ограничителем 23 расширения, гайки 24 и контрагай- ки 62. На конце шпильки 58 установлен полый корпус 59 охлаждающей системы с отверстиями для входа 60 и выхода охлаждающей жидкости. Изобретение позволяет обеспечить устойчивое положение нагревательного элемента в зазоре между свариваемыми деталями, надежный и долговечный скользящий контакт во вторичном контуре за счет перемещения токосъемника с графитовыми шайбами. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.(ЛGИзобретение относится к сварке давлением, в частности к устройствам индукционного нагрева токами повышенной частоты (2400, 8000 Гц) под безгратовую стыковую сварку изделий с развитым сечением, например труб из перлитных сталей в поверхностях нагрева котельных энергоустановок.Цель и'зобретения - повышение качества Нагрева и расширение технологических возможностей за счет сварки гнутых эле-^ ментов труб, например змеевиков труб по^ верхностей нагрева котлоагрегатов м' легированных сталей.''На фиг.^ приведено индукционно-на- гревательное устройство, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1: на фиг.4 - Т-образная втулка токосъемника; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.1.Устройство состоит из источника тока (силового трансформатора) 1, нагревательного элемента 2, токоподвода 3, электромагнитного привода 4, электропневматического привода 5, устройства 6 водяного охлаждения и направляющего узла 7._Соединение токоподвода 3 со вторичной цепью серийного трансформатора 1, со-VJюОю>&

А-А

фиг. 2