Індуктор для локального нагрівання зони шва зварюваних металевих труб

Индуктор для локального нагрева зоны шва свариваемых металлических тр уб, содержащий соленоид из медной трубки, магнитопровод с сердечником и экраном (кожух), отличающийся тем, что вн утри соленоида установлен керамический (например фарфоровый) проходной изолятор, 28294 лельные и равномернораспределенные по окружности ребра, а экран выполнен из стеклопластика, имеющего спиральные выступы, образованные косоперекрестной (дискретной) намоткой стеклонитей. Существенность отличий объекта изобретения заключается в следующем: а) наличие внутри соленоида керамического изолятора защищает медные трубки соленоида от разрушения частицами окалины и грата, находящимися в омываемом потоке охлаждающей воды, а выступающие за пределы соленоида ребра изолятора не дают возможность металлической окалине замкнуть витки соленоида, кроме того конусность внутренней полости изолятора с меньшим диаметром на входе и соответственно расширяющийся канал на выходе препятствует образованию пробок из окалины и грата. А выполнение изолятора с возможностью ввинчивания в соленоид создает удобства монтажа и демонтажа и позволяет быстро менять защиту индуктора; б) крепление сердечника к тоководу магнитопровода немагнитным стержнем (например, медным) позволяет повысить надежность конструкции и уменьшает сопротивление потоку охлаждающей жидкости за счет значительно меньшей площади элементов крепления и сокращает сроки монтажа и ремонта индуктора. Конструкция сердечника магнитовода в виде стержня с центральным отверстием для прохода и наличием на поверхности параллельных по всей длине стержня ребер, равномернораспределенных по окружности сердечника позволяет улучши ть охлаждение сердечника и экрана, центровать сердечник внутри экрана и наиболее полно и эффективно заполнить объем внутри экрана материалом (например, ферритом), повышая эффективность работы индуктора; в) спиральнорасположенные выступы стеклопластикового экрана, образованные косоперекрестной (дискретной) наметкой стеклонити, обеспечивают высокую проницаемость экрана магнитным потоком, улучшенные условия охлаждения поверхности экрана за счет создания турбулентного потока на его границе, улучшение прочностных характеристик (сопротивление разрыву вдоль оси магнитопровода) за счет угла армирующего материала. На фиг. 1 представлен общий вид индуктора локального нагрева зоны шва свариваемых металлических труб, смонтированного в узле сварки. На фиг. 2 показана конструкция керамического проходного изолятора для защиты соленоида индуктора. На фиг. 3 представлена конструкция сердечника и элемент крепления его к тоководу. На фиг. 4 представлена фотография сердечника с экраном, закрепленного на вводе токовода при помощи немагнитного стержня со стопорным кольцом. На фиг. 5 представлена схема крепления сердечника магнитопровода с защитным экраном. На фиг. 6 показана схема распределения тока при локальном нагреве зоны шва свариваемых труб. Конструкция индуктора состоит из соленоида индуктора, содержащего медные трубки 1, защищенные керамическим проходным изолятором 2, который может свободно ввинчиваться в соленоид. Ребра 3 изолятора выступают за габариты соленоида. В центре индуктора, между керамическим изолятором и металлической заготовкой установлен магнитопровод 4, содержащий сердечник 5, имеющий по всей длине параллельные и равномерно распределенные по окружности ребра 6. Сердечник 5 магнитопровода закреплен к тоководу 7 магнитопровода при помощи немагнитного стержня 8, проходящего через канал 9 в сердечник и имеющего стопорные кольца 10 и 11. Через кольцо 10 проходит заклепка 12, на которой также крепится стеклопластиковый экран 13. Стопорное кольцо 11 крепит сердечник к тоководу. Сердечник 5 расположен в центре соленоида индуктора строго по оси, защищен стеклопластиковым кожухом 13 и находится во внутренней части заготовки 14, которая обжимается валиками 15 и сваривается в трубу 16, выходящую из индуктора. В общем случае, процесс эксплуатации индуктора состоит в том, что предварительно вформованная заготовка 14, имеющая У-образную щель, проходит сквозь соленоид 1 индуктора, нагревается на кромках и под действием прижимных валиков 15 сваривается, образуя трубу 16. При высокочастотном индукционном нагреве только часть тока (і1) 19 достигает наибольшего значения на кромках 18. Другая часть его (і2) 20, замыкаясь по внутренней поверхности заготовки, не дает полезного эффекта. Магнитопровод 4 вытесняет ток і2 20 в сторону открытого паза 18 и уменьшает потери от этого тока внутри свариваемой заготовки 21-22. В процессе сварки образуется большое количество искр (разбрызгивание капель расплавленного металла), которые, попадая в охлаждающую жидкость, омывающую соленоид 1, трубную заготовку 14 и магнитопровод 4, образуют окалину. Частицы окалины разрушают экран 13 сердечника 5 магнитопровода 4 и трубки соленоида 1. Керамический изолятор 2 предохраняет соленоид 1 от воздействия окалины как от абразивного воздействия, так и от замыкания витков, т.к. ребра 3 изолятора выступают за габариты соленоида 1, а тело его изготовлено из абразивостойкой керамики. Внутренняя конусообразная полость керамического изолятора 2 за счет увеличения диаметра на выходе охлаждающей жидкости, содержащей окалины, создает условия для выноса частиц из зоны индуктора 1. Напор охлаждающей жидкости, действующий на сердечник 5 магнитопровода 4 как на поршень, создает большую нагрузку на элемент 8 крепления сердечника 5, что раньше приводило к разрушению экрана, к которому он был прикреплен. Изменение способа крепления сердечника 5 и его конфигурации позволило повысить прочность его установки и создать более благоприятные условия для эксплуатации индуктора. Немагнитный стержень 8, закрепленный к тоководу 7 магнитопровода 4 заклепкой 12 (или вин 2 28294 том) при помощи кольца 10 держит сердечник 5 в центре соленоида индуктора кольцом 11. Стеклопластиковый экран 13 со спиральными выступами, образованными стеклонитями при дискретной намотке, улучшает условия охлаждения из-за создания турбулентных потоков на пограничных слоях. Магнитный поток свободно проникает через стеклопластиковый экран 13 к ферритовому сердечнику 5 магнитопровода 4, вытесняя ток і 2 20 в сторону открытого паза 18. Технико-экономическая эффективность данного предложения состоит в том, что улучшение конструкции индуктора повышает эффективность его работы, что позволяет увеличить скорость прохождения заготовок, повысить качество труб, увеличить производительность сварочного стана (см. таблицу). Повышенная надежность элементов индуктора, их ремонтно-способность и уменьшение категории трудоемкости ремонтных работ, уменьшение времени простоя стана дают весомый экономический эффект. Замена импортных деталей (экрана и сердечника) магнитопровода на изделия, изготовленные в Украине, позволяют получить экономию валюты. Широкое внедрение индукционной сварки в промышленности Украины повышает технический уровень промышленности. Как следует из данных, приведенных в таблице, индукционная сварка на радиочастотах наиболее перспективная для применения на сварочных станах производства металлических труб. Таблица Сравнительные качественные показатели различных способов сварки труб для сварочных станов №№ п/п 1 2 3 4 Расход электроэнергии на 1 т продукции, * КВт·ч Высота внутр. грата, мм Степень сложности эксплуатации (макс. 200 балл.) 350 1,5 25 Сопротивлением 50 Гц Индукционная на средней частоте 32 до 2 60 45 2-3 100 Индукционная, 440 Гц 20 0,3-0,7 30 Способ сварки труб Печной Примечание: * для труб 102´4 мм. 3 Предельная скорость сварки, м/мин не ограничена 30 не ограничена не ограничена Средняя оценка качества шва (макс. 100 балл.) 75 90 85 100 28294 Фиг. 1 Фиг. 2 4 28294 Фиг. 3 Фиг. 4 5 28294 Фиг. 5 Фиг. 6 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ __________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 __________________________________________________________ 6