Пристрій для послідовного гартування труб

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где в процессе термообработки труб применяется индукционный нагрев с последующей закалкой - стальных для повышения прочностных характеристик, циркониевых для обеспечения квазиизотропной мелкозернистой структуры и т.д. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство непрерывной закалки длинномерных изделий из сплава циркония, которое содержит механизм перемещения изделия в осевом направлении, генератор переменного тока, индуктор, пирометр, блок управления мощностью генератора, связанный с пирометром, и систему охлаждения трубы. Известное устройство обеспечивает равномерный нагрев коаксиальных изделий, имеющих даже различную толщину по длине благодаря управлению мощностью генератора в зависимости от показаний пирометра в зоне нагрева. Однако при нагреве разнотолщинных изделий неравномерность нагрева в поперечном сечении сохраняется [1]. В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство для последовательной закалки труб, в котором наличие новых элементов и новое расположение элементов позволило бы обеспечить возможность регулирования температуры нагрева в поперечном сечении трубы и за счет этого повысить качество закалки. Поставленная задача достигается тем, что устройство, содержащее механизм осевого перемещения труб, соосно расположенные по вертикали многовитковый индуктор и спрейер, соединенный с индуктором генератор с блоком управления его мощностью и пирометр, соединенный с блоком, в соответствии с изобретением снабжено парами встречно направленных фотодатчиков, установленных между витками или за индуктором в плоскости, перпендикулярной продольной оси индуктора, при этом последний выполнен с приводами перемещения в плоскости, перпендикулярной его продольной оси, соединенными с фотодатчиками. Равномерный нагрев разнотолщинных в поперечном сечении труб или труб , имеющих неоднородную структур у, дости гается за счет перемещения индуктора в зависимости от сигнала рассогласования встречно направленных и соединенных дифференциально фотодатчиков. При этом индуктор приближается к поверхности утолщенной части трубы, имеющей более низкую температуру, и удаляется от утоненной части, имеющей более высокую температур у, тем самым перераспределяя плотность энерговыделения в трубе. Высокая точность регулирования температуры обеспечивается за счет управления расположением индуктора относительно трубы по прямому параметру - тепловому излучению. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства для последовательной закалки труб; на фиг.2 расположение фотодатчиков в плоскости, перпендикулярной продольной оси трубы; на фиг.3 - график температурного режима индукционного нагрева и охлаждения канальной трубы. Устройство содержит механизм перемещения 1 трубы 2 в осевом направлении, генератор переменного тока 3, индуктор 4, пирометр 5, блок управления мощностью генератора 6, связанный с пирометром, систему охлаждения трубы 7, механизм перемещения индуктора 8 в плоскости, перпендикулярной его продольной оси, по крайней мере две пары встречно направленных фотодатчиков 9, соединенных в каждой паре дифференциально, электрически связанных с механизмом 8 перемещения индуктора. Оптические оси датчиков лежат в плоскости, нормальной к оси трубы, равномерно по ее окружности, а сама плоскость находится на выходе тр убы из индуктора. Устройство работает следующим образом. Температуру нагрева тр убы устанавливают величиной опорного сигнала в блоке управления мощностью 6 генератора 3. Включают механизм 1 перемещения трубы в осевом направлении и генератор 3 переменного тока. Труба 2 разогревается, и сигнал, получаемый с выхода пирометра 5 сравнивают с величиной опорного сигнала. Мо щность генератора 3 увеличивают или уменьшают в зависимости от знака сигнала рассогласования между сигналом пирометра 5 и опорным сигналом и, таким образом, автоматически поддерживают постоянной температуру нагрева тр убы 2. По причине разной толщины стенки или неоднородности структуры трубы при нагреве возникает разность температур в ее поперечном сечении, которую фиксируют встречно направленные пары фотодатчиков 9. Сигнал рассогласования с каждой пары фотодатчиков 9 поступает в механизм 8 перемещения индуктора 4 и в зависимости от знака сигнала рассогласования индуктор 4 с помощью механизма 8 перемещения приближается или удаляется от поверхности трубы 2 и, таким образом, автоматически поддерживается равенство температур в поперечном сечении трубы. При нагреве трубы из циркониевого сплава Э-125 в индукторе высокочастотного генератора частотой 66 кГц глубина проникновения тока в трубу толщиной 4.3мм в 2,5 раза меньше толщины ее стенок, то есть прогрев осуществляется за счет распространения тепла теплопроводностью. Температурный режим индукционного нагрева и последующего охлаждения канальной трубы в душевом устройстве приведен на фиг.3. Максимальная температура трубы достигается вне индуктора в момент нахождения разогретого участка трубы между индуктором и зоной охлаждения (фиг.3). Выравнивание температуры по сечению трубы за счет теплопроводности, как видно из фиг.3, происходит за 1 с. Фотодатчики могут быть расположены как в промежуточной части индуктора, так и на выходе трубы из индуктора. Расположение фотодатчиков, регистрирующи х температуру в сечении, нагретом до (700-850)°С позволяет при дальнейшем нагреве до температуры 950°С, автоматическим перемещением индуктора выравнивать температуру по окружности трубы. Установка фотодатчиков в сечении, нагретом до температур (400-700)°С приводит к перегреву утолщенных участков трубы или при неоднородной структуре участков с повышенным электрическим сопротивлением. Если фотодатчики расположены в сечении, нагретом до температуры выше 850°С. то разность температур по окружности трубы лишь незначительно уменьшается. Поэтому в данной установке фотодатчики регистрируют разность температуры по окружности в сечении, нагретом до температуры 700-850°С. При разности температур по окружности более 10 °С индуктор автоматически перемещается и при дальнейшем нагреве до 950°С происходит выравнивание температуры по окружности. Как показывают измерения при 'точности определения температуры ±5°С фотодатчиками в диапазоне 700-850°С разность температуры участков тр убы в зоне максимальной температуры составляет ±15°С. В процессе термообработки участки трубы последовательно выходят из зоны нагрева (участок А-Б-В на фиг.1), где их, температура повышается до 935±15°С и выдерживают в течение 5-15 сек (участок ВГ, на фиг.3), где температура выравнивается по окружности. Время выдержки определяется временем полного растворения легирующи х элементов в фазе циркония. Последовательно выходя из зоны нагрева, участки трубы входят в зону "закалки", где охлаждаются со скоростью (400-1200)°С/с струей охлаждающей воды (участок ГД). Пример. Индукционному нагреву под закалку подвергали циркониевые трубы с наружным диаметром 88 ±0,7 0,1 мм, толщиной стенки 4±0,3 мм, длиной 8500 мм. Нагрев осуществляли подвижным в плоскости, перпендикулярной оси трубы, цилиндрическим индуктором 0 96мм и длиной 40 мм. Контроль температуры производили с помощью 4 внутренних и 4 наружных равномерно распределенных по сечению и зачеканенных одна против другой предварительно проградуированных терм(Я пар. Показания термопар записывались с помощью шлейфного осциллографа. Результаты экспериментов по индукционному нагреву на частоте 66 кГц труб из сплавов циркония приведены в табл.1 и 2. Из табл.1 и 2 видно, что при нагреве труб из сплава Э-125 в неподвижном индукторе перепад температур по окружности равен 72°С, а у входа в зону закалки 50°С, в подвижном индукторе перепад температур равен 22°С, а у входа в зону закалки составляет 11 °С, что допустимо по технологическим условиям и нет необходимости закаленные трубы подвергать операции рихтовки, Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить качество закалки путем регулирования температуры нагрева в поперечном сечении трубы,