BRPI0710693B1

BRPI0710693B1 - Método de tratamento térmico por indução elétrica

Info

Publication number: BRPI0710693B1
Application number: BRPI0710693-9A
Authority: BR
Inventors: L. Loveless Don; A. Ross Peter; I. Rudnev Valery; Paul Lang John
Original assignee: Inductoheat, Inc.
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2018-07-24
Also published as: CA2649366C; CA2649366A1; PL2020160T3; CN101438620A; US20070246459A1; RU2428821C2; US8895906B2; EP2020160B1; CN101438620B; EP2020160A4; US20080099469A1; BRPI0710693A2; WO2007127566A3; ES2646540T3; RU2008146069A; US7317177B2; US20080099468A1; SI2020160T1; EP2020160A2; WO2007127566A2

Abstract

método de tratamento térmico por indução elétrica, extremidade de aparelho de aquecimento por indução de material tubular, e, concentrador de fluxo de extremidade de tubo um concentrador de fluxo magnético é utilizado para controlar com o aquecimento de extremidade de um material tubular em um processo de tratamento térmico por indução elétrica. o concentrador de fluxo magnético pode consistir de elementos fixos, ou uma combinação de elementos fixos e móveis para acomodar o aquecimento de extremidade de materiais tubulares que têm dimensões ou propriedades de material diferentes.

Description

(54) Título: MÉTODO DE TRATAMENTO TÉRMICO POR INDUÇÃO ELÉTRICA (51) Int.CI.: H05B 6/02 (30) Prioridade Unionista: 24/04/2006 US 60/794,492 (73) Titular(es): INDUCTOHEAT, INC.

(72) Inventor(es): DON L. LOVELESS; PETER A. ROSS; VALERY I. RUDNEV; JOHN PAUL LANG (85) Data do Início da Fase Nacional: 22/10/2008 / 21 “MÉTODO DE TRATAMENTO TÉRMICO POR INDUÇÃO ELÉTRICA” Referência cruzada a Pedidos relacionados [0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório U.S.

Número 60/794.492, depositado em 24 de abril de 2006, aqui com isto incorporado para referência em sua totalidade.

Campo da invenção [0002] A presente invenção é relativa a tratamento térmico por indução elétrica de regiões extremas de um material tubular.

Fundamento da invenção [0003] Aquecimento por indução elétrica pode ser utilizado para tratar termicamente materiais tubulares tais como tubulações e canalizações metálicas. Tipicamente, o material tubular é mantido no lugar dentro de uma bobina solenóide de indução como ilustrado na figura 1. O tubo 90 é colocado dentro da bobina solenóide 30. Quando potência de corrente alternada adequada é aplicada à bobina o tubo é aquecido de maneira indutiva por acoplamento magnético com o campo de fluxo longitudinal estabelecido pelo fluxo de corrente alternada através da bobina. O tratamento térmico pode ser, por exemplo, recozimento, normalização, alívio de tensão, revestimento, secagem, endurecimento ou tempera, da extremidade do material tubular. Em outras aplicações, aquecimento de extremidade por indução em produtos tubulares pode ser utilizado para aquecer extremidades antes de operações de conformação metálica. Algumas aplicações requerem aquecimento uniforme de um comprimento específico de uma porção extrema do material tubular. [0004] Como mostrado na figura 1, quando o tratamento térmico uniforme de extremidade é desejado, o material tubular é situado na bobina de modo que a bobina se salienta da extremidade do material. Genericamente, o eixo longitudinal X, da bobina e material tubular são coincidentes e a bobina solenóide é conformada para coincidir com a forma do material tubular. A distância saliente xoh controla a forma do campo de fluxo estabelecido em

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 17/41 / 21 uma extremidade axial da bobina além da extremidade do material tubular, de modo que a intensidade de campo do fluxo é estabelecida dentro da extremidade do material para aquecê-la de maneira uniforme pelo comprimento requerido. A distância saliente adequada é afetada por uma quantidade de parâmetros, que incluem o diâmetro externo do material tubular, a espessura do material, propriedades físicas e metalúrgicas, e a freqüência da potência de corrente alternada aplicada à bobina. Portanto, diferentes bobinas são requeridas para materiais tubulares de diferentes tamanhos, ou para tratar termicamente o mesmo material tubular para diferentes comprimentos extremos. Comparar, por exemplo, a figura 2a, figura 2b e figura 2c, nas quais a mesma bobina de indução 30 e a distância saliente xoh são utilizadas para aquecimento por indução de uma extremidade de: (1) material tubular 90a que tem um diâmetro externo (OD) igual a OD1 e espessura t1; (2) material tubular 90b que tem um diâmetro externo OD2 que é menor que OD1 e espessura t1; e (3) material tubular 90c que tem um diâmetro externo OD2 e espessura t2, que é maior do que t1, respectivamente. Como ilustrado pelos gráficos na figura 2d, o material tubular 90a na figura 2a, o comprimento de extremidade aquecido requerido 92, a zona de transição térmica 94 e a zona fria 96, todos variam. O termo “comprimento de extremidade aquecido requerido” tipicamente se refere a uma distribuição da temperatura de aquecimento uniforme sobre o comprimento extremo aquecido requerido. Uma vez que calor não pode ser induzido em um comprimento de extremidade do material com uma transição abrupta até uma zona extrema “não aquecida” (ou fria), existe um comprimento de extremidade com uma zona de transição térmica 94 na qual o calor diminui gradualmente no sentido da zona fria 96, devido a um efeito de “impregnação”, pelo que, calor induzido no comprimento de extremidade aquecido requerido conduz desde o comprimento de extremidade aquecido requerido 92 no sentido da zona fria 96. O controle de ambos, comprimento de extremidade aquecido requerido e

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 18/41 / 21 comprimento da zona de transição térmica, é importante em alguns processos de tratamento térmico. Para materiais tubulares 90b e 90c na figura 2b e figura 2c, respectivamente, devido ao efeito eletromagnético de extremidade que existe na extremidade da bobina, os materiais não são aquecidos de maneira suficiente ao longo de todo o comprimento de extremidade aquecido requerido 92' e 92, respectivamente. Na extremidade do tubo existe uma zona sub-aquecida 91. Quando é necessário aquecer um material tubular com um OD menor utilizando uma bobina projetada para um OD maior, a extremidade do tubo será sub- aquecida (zona 91) devido à redução de fontes térmicas provocada pelo efeito eletromagnético de extremidade. Se o material tubular é da mesma forma, porém fabricado de um material que tem propriedades físicas ou metalúrgicas diferentes, por exemplo, um metal que tem resistividade elétrica mais elevada, então a extremidade do tubo também será sub-aquecida devido à redução de fontes térmicas provocadas pelo efeito eletromagnético de extremidade.

[0005] Alternativamente, uma única bobina com diversas tomadas de conexões de potência de corrente alternada ao longo do comprimento da bobina poderia permitir alguma flexibilidade adicional para aquecimento de extremidade tubular uniforme de materiais tubulares de diferentes dimensões ou composições metalúrgicas diferentes. Utilizando tomadas apropriadas para conexão de potência de corrente alternada, o comprimento energizado da bobina pode ser mudado para ajustar a distância de saliência. Infelizmente existe uma limitação na utilização de saliência de bobina para obter um aquecimento de extremidade uniforme. Esta limitação é particularmente notável ao aquecer metais magnéticos abaixo da temperatura Curie. Depois de atingir certos valores, um aumento adicional na saliência da bobina não irá compensar a falta de fontes térmicas provocadas pelo efeito eletromagnético de extremidade. Em adição, grandes saliências de bobina resultam em uma redução no rendimento da bobina e fator de potência da bobina. Ambos os

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 19/41 / 21 fatores afetam de maneira negativa a efetividade em custo e flexibilidade de um sistema de indução, devido a perdas de potência mais elevadas e à necessidade de utilizar dispositivos especiais para a correção de fator de potencia da bobina.

[0006] Um objetivo da presente invenção é melhorar a uniformidade do aquecimento de temperatura de extremidade de diversos tipos de materiais tubulares em um processo de tratamento térmico por indução elétrica no qual, pelo menos, uma região extrema do material tubular é inserida em uma bobina solenóide de indução. Um outro aspecto da presente invenção é melhorar a flexibilidade do sistema de aquecimento por indução para permitir aquecimento requerido, por exemplo uniforme, de produtos tubulares de diferentes geometrias e materiais, utilizando o mesmo aquecedor de indução.

Breve sumário da invenção [0007] Em um aspecto, a presente invenção é um aparelho e método de aquecimento por indução elétrica das regiões extremas de um material tubular. Pelo menos, uma região extrema do material tubular é inserida em uma bobina de indução que é suprida de potência de corrente alternada para estabelecer um campo magnético alternado que acopla com o material tubular para aquecê-lo de maneira indutiva. Em alguns exemplos da invenção, a extremidade do concentrador de fluxo de tubo compreende uma base, uma pluralidade de pólos periféricos que se estendem ao redor das regiões periféricas de um lado da base voltado para o tubo, e pelo menos um pólo central que se estende genericamente a partir da região central do lado da base voltado para o tubo. O eixo longitudinal do concentrador de fluxo atravessa, e é genericamente perpendicular ao lado da base voltado para o tubo. O pelo menos um pólo central se salienta, pelo menos parcialmente, para o interior da região saliente da bobina de indução que é adjacente à extremidade do tubo, e a pluralidade de pólos periféricos se estende, pelo menos parcialmente, ao redor do exterior da extremidade da bobina de indução. Em alguns exemplos

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 20/41 / 21 da invenção o concentrador de fluxo é móvel para controlar de maneira seletiva: a distância de saliência do concentrador de fluxo para o interior da bobina de indução, ou para o interior da extremidade do tubo na bobina de indução; a distância de extensão da pluralidade de pólos periféricos ao redor do exterior da extremidade da bobina de indução; e/ou a distância da base a partir da extremidade da bobina de indução. Em outros exemplos da invenção, o pelo menos um pólo central é móvel em relação à base e à pluralidade de pólos periféricos na direção do eixo longitudinal do concentrador de fluxo. Em outros exemplos da invenção, o concentrador de fluxo pode incluir uma perna localizada adjacente à extremidade estendida de pelo menos um da pluralidade de pólos periféricos. A perna é opcionalmente móvel em uma direção genericamente paralela ao comprimento do pelo menos um da pluralidade de pólos periféricos. Em outros exemplos da invenção, a base não se salienta para o interior da extremidade da bobina de indução; alternativamente, um elemento deslocado da base posicionado entre a superfície da base voltada para o tubo e a extremidade do material tubular pode se salientar para o interior da bobina de indução; em qualquer destes arranjos alternativos a extremidade do tubo pode ser colocada contra a superfície da base, ou do elemento deslocado da base, respectivamente, espaçado separado da respectiva superfície. Em outros exemplos da invenção, o concentrador de fluxo pode ser uma coroa circular ou um diafragma de íris ajustável, que pode ser alinhado de maneira seletiva com o eixo longitudinal da extremidade do material tubular na bobina de indução.

[0008] Em um outro aspecto, a presente invenção é um aparelho e método de aquecimento por indução elétrica das regiões extremas de um material tubular. Pelo menos uma extremidade do material tubular é inserida em uma bobina de indução que é suprida com potência de corrente alternada para estabelecer um campo magnético alternado que acopla com o material tubular para aquecê-lo de maneira indutiva. Em alguns exemplos da invenção

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 21/41 / 21 uma extremidade do concentrador de fluxo tubular compreende uma base, pólo central e uma pluralidade de pólos periféricos. A base é formada de uma pluralidade de pernas de base radialmente distribuídas ao redor do eixo longitudinal do concentrador de fluxo. O pólo central compreende uma pluralidade de elementos cunha, cada um dos quais se estende genericamente de maneira perpendicular a partir do lado voltado para o tubo da extremidade convergente de cada uma da pluralidade de pernas da base. Cada um da polaridade de pólos periféricos genericamente se estende de maneira perpendicular a partir do lado voltado para o tubo da extremidade divergente de cada um da pluralidade de elementos perna da base até uma extremidade estendida. O eixo longitudinal do concentrador de fluxo passa através de e é genericamente perpendicular ao plano estabelecido pela pluralidade de pernas da base. Em alguns exemplos da invenção, o pólo central se salienta pelo menos para o interior da região saliente da bobina de indução que é adjacente à extremidade do tubo, e a pluralidade de pólos periféricos se estende pelo menos parcialmente ao redor do exterior da extremidade da bobina de indução. Em alguns exemplos da invenção, o concentrador de fluxo é móvel para controlar de maneira seletiva: a distância de saliência do concentrador de fluxo para o interior da bobina de indução, ou para o interior da extremidade do tubo na bobina de indução; a distância de extensão da pluralidade de pólos periféricos ao redor do exterior da extremidade da bobina de indução; e/ou a distância da base a partir da extremidade da bobina de indução. Em outros exemplos da invenção, a combinação da base e pólo central é móvel em relação aos pólos periféricos na direção do eixo longitudinal do concentrador de fluxo. Em outros exemplos da invenção, o concentrador de fluxo pode incluir uma perna localizada adjacente à extremidade estendida de pelo menos um da pluralidade de pólos periféricos. A perna é opcionalmente móvel em uma direção genericamente paralela ao eixo longitudinal do concentrador de fluxo. Em outros exemplos da invenção, a base que compreende a pluralidade

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 22/41 / 21 de pernas da base e o pólo central que compreende a pluralidade de elementos cunha, podem ser facilmente ajustados em relação ao eixo longitudinal do concentrador de fluxo.

[0009] O acima e outros aspectos da invenção são ainda descritos nesta especificação e nas reivindicações anexas.

Breve descrição dos desenhos [00010] Os desenhos anexos, como resumido brevemente abaixo, são fornecidos para entendimento tomado como exemplo da invenção, e não limitam a invenção como descrita mais tarde nesta especificação e nas reivindicações anexas.

[00011] A figura 1 ilustra, em um diagrama de seção transversal, um aparelho da técnica precedente para tratamento térmico por indução elétrica de um material tubular.

[00012] As figuras 2a, 2b e 2c ilustram, em diagramas de seção transversal, aparelho da técnica precedente para tratamento térmico por indução elétrica de materiais tubulares que têm dimensões diferentes.

[00013] A figura 2d compara de maneira gráfica, aquecimento extremo induzido de materiais tubulares mostrados nas figuras 2a, 2b e 2c.

[00014] A figura 3 ilustra, em um diagrama de seção transversal, um exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00015] A figura 4a e a figura 4b ilustram, em diagramas de seção transversal, um outro exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00016] A figura 5a e a figura 5b ilustram, em diagramas de seção transversal, um outro exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00017] A figura 6a e a figura 6b ilustram, em diagramas de seção transversal, um outro exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 23/41 / 21 uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00018] As figuras 7a, 7b e 7c ilustram em uma vista em elevação extrema, exemplos alternativos do concentrador de fluxo magnético mostrado na figura 3 com um número variável da pólos periféricos.

[00019] A figura 8a é uma vista em perspectiva do concentrador de fluxo magnético como ilustrado na figura 7a.

[00020] A figura 8b é uma vista em perspectiva de um concentrador de fluxo magnético com uma seção central cônica utilizado para tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00021] As figuras 9a e 9b ilustram, em diagramas de seção transversal, um outro exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00022] As figuras 10a, 10b e 10c ilustram, em diagramas de seção transversal, um outro exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00023] A figura 11a ilustra, em diagrama de seção transversal, um outro exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00024] A figura 11b é uma vista em elevação extrema de um exemplo de um diafragma de íris ajustável utilizado com alguns exemplos do tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00025] A figura 12 é uma vista em perspectiva de um outro concentrador de fluxo magnético como utilizado para tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00026] A figura 13a e a figura 13b ilustram, em diagramas de seção transversal, um outro exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 24/41 / 21 uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00027] A figura 14a e a figura 14b ilustram, em diagramas de seção transversal, um outro exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00028] A figura 15a e a figura 15b ilustram, em diagramas de seção transversal, um outro exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção.

[00029] A figura 16a, a figura 16b e a figura 16c ilustram em uma vista em elevação extrema exemplos alternativos do concentrador de fluxo magnético mostrado na figura 12 com número variável de pólos periféricos. [00030] A figura 17 a, a figura 17b e a figura 17c ilustram um outro exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção no qual o concentrador de fluxo magnético tem elementos radialmente ajustáveis ao longo do eixo central do material tubular.

[00031] A figura 18a, a figura 18b e a figura 18c ilustram reposicionamento dos elementos ajustáveis do concentrador de fluxo magnético mostrado nas figuras 17a, a figura 17b e figura 17c.

[00032] A figura 19 ilustra um exemplo do tratamento térmico por indução elétrica de uma extremidade de um material tubular da presente invenção, no qual uma bobina de indução com relação de espiras variável éutilizada.

Descrição detalhada da invenção [00033] Um exemplo não limitativo do aparelho para tratamento térmico por indução elétrica para aquecimento de extremidade de um material tubular da presente invenção está ilustrado na figura 3. O concentrador de fluxo magnético de extremidade de tubo 10 compreende base 10a que tem uma pluralidade de pólos periféricos 10b e um pólo central 10c que se estende desde uma superfície da base genericamente na direção axial do material

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 25/41 / 21 tubular 95, que é inserido em uma bobina de indução 30a para tratamento térmico por indução quando potência de corrente alternada é aplicada à bobina. O pólo central é localizado no interior do diâmetro interno do material tubular. Os pólos periféricos são localizados ao redor das regiões periféricas da base e são externos à superfície exterior do material tubular e à bobina de indução, como mostrado na figura 3. O concentrador 10 pode ser movido ou na direção +X ou - X para acomodar materiais tubulares de diferentes dimensões, ou para afetar os comprimentos extremos de tratamento térmico. Mudar a posição do concentrador 10 em relação à posição fixa da bobina 30 e material tubular 95, resulta em aquecimento controlado de extremidade do material tubular de diferentes tamanhos, comprimentos ou propriedades metalúrgicas, com a mesma bobina.

[00034] Por exemplo, a figura 4a e a figura 4b ilustram utilização do mesmo concentrador de fluxo magnético 10 para aquecer dois materiais tubulares que têm diferentes diâmetros internos e espessuras de parede, a saber, um material tubular 95a na figura 4a, que tem um diâmetro interno menor e espessura de parede maior do que o elemento tubular 95b na figura 4b. Na figura 4a a extremidade do pólo central 10c do concentrador 10 está posicionada ao longo do eixo X na abertura interior do elemento tubular 95a por uma distância x1 para alcançar comprimento de extremidade aquecido requerido 92; enquanto na figura 4b, o pólo central 10c do concentrador 10 está posicionado ao longo do eixo X para o interior da abertura interior do elemento tubular 95b por uma distância x2 para alcançar comprimento de extremidade aquecido requerido 92. Dependendo de requisitos específicos de uma aplicação, a distância x2 poderia ser negativa (posição X da extremidade do material tubular estabelecendo x = 0 como indicado na figura 4b); isto é, a extremidade 10cextrema do pólo central 10c pode estar localizada a uma certa distância fora do tubo na região saliente da bobina.

[00035] A figura 5a e a figura 5b ilustram um outro exemplo não

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 26/41 / 21 limitativo da presente invenção. Nestes exemplos da invenção o concentrador 11 compreende o elemento base 11a, uma pluralidade de pólos periféricos 11b e o pólo central 11c. Adicionalmente, a base e pólos periféricos são fixados em posição juntamente com a bobina solenóide 30 e material tubular 95c ou 95d. A base e pólos periféricos circundam pelo menos uma parte no comprimento longitudinal da bobina 30. Opcionalmente, o elemento perna 11d pode ser fornecido para um ou mais dos pólos periféricos. Neste exemplo, o elemento perna 11d é localizado na extremidade estendida de cada pólo periférico e voltado para o exterior do material tubular. O pólo central 11c pode mover nas direções +X e -X ao longo do eixo X. Como mostrado na figura 5a, a extremidade do pólo central 11c é posicionada ao longo do eixo X para o interior da abertura interior do elemento tubular 95c por uma distância de x3 para alcançar comprimento de extremidade aquecido requerido 92; enquanto na figura 5b o pólo central 11c do concentrador 11 é posicionado ao longo do eixo X para o interior da abertura interior do elemento tubular 95d por uma distância x4 para alcançar comprimento de extremidade aquecido requerido 92. Dependendo de requisitos específicos de uma aplicação, a distância x4 poderia ser negativa; isto é, a extremidade 11cextrema do pólo central 11c pode estar localizada a uma certa distância fora do tubo na região saliente da bobina.

[00036] A figura 6a e a figura 6b ilustram um outro exemplo não limitativo da presente invenção. Estes exemplos são similares àqueles nas figuras 5a e 5b, exceto que o elemento perna 11d é móvel em uma direção genericamente paralela ao comprimento do elemento pólo periférico adjacente. Este exemplo da presente invenção é particularmente útil em controlar o comprimento da transição térmica 94. Como mostrado na figura 6a, um elemento perna 11d é posicionado ao longo do elemento pólo periférico a uma distância de a partir da extremidade estendida do elemento pólo periférico para alcançar comprimento de extremidade aquecido

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 27/41 / 21 requerido 92; enquanto na figura 6b o elemento perna 11d é posicionado em x'o que é definido como a extremidade do elemento pólo periférico. Em outros exemplos da invenção uma combinação de movimento do elemento perna 11d e pólo central 11c como descrito acima, pode ser utilizada.

[00037] Em outros exemplos não limitativos da invenção, qualquer um dos concentradores de fluxo pode ser um concentrador conformado em E, que compreende um par de pólos periféricos como ilustrado na figura 7a e figura 8a e figura 8b. Em outros exemplos da invenção, o número de pólos periféricos pode ser aumentado, por exemplo, para quatro ou seis como mostrado na figura 7 b e figura 7c, respectivamente, ou qualquer outro número de pólos. Embora os pólos periféricos estejam ilustrados como elementos retangulares encurvados na figura 8a e figura 8b, eles podem ser de diferentes formas, desde que estabeleçam um campo magnético ao redor da extremidade do material tubular dentro da bobina de indução. Como uma limitação, o número de pólos pode aumentar até o ponto em que os pólos periféricos geram uma estrutura sólida de pólo periférico cilíndrico ao redor do elemento base do concentrador. Embora os elementos base dos concentradores de fluxo acima sejam ilustrados como discos circulares na figura 7a até figura 7c, figura 8a e figura 8b, eles podem ser de outras formas, dependendo do material tubular particular a ser tratado termicamente de maneira indutiva. Embora o pólo central esteja ilustrado como um único elemento cilíndrico em alguns dos elementos acima da invenção, o pólo central pode ser de diferentes formas, por exemplo cônica, como mostrado na figura 8b, e pode consistir de diversos elementos pólo central que estabelecem um campo magnético composto ao redor da extremidade do material tubular. [00038] A figura 9a e a figura 9b ilustram exemplos da presente invenção que são particularmente adequados para utilização com material tubular de baixa resistividade (por exemplo, composições de cobre, latão ou alumínio). No exemplo da figura 9a um elemento pólo central não é utilizado.

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O concentrador 13 compreende elemento base 13 a, uma pluralidade de pólos periféricos 13b, cada um dos quais tem um elemento perna opcional 13d, localizado adjacente à sua extremidade estendida. O elemento base 13a é uma coroa circular neste exemplo não limitativo da invenção. Alternativamente, o elemento base 13a a pode ser um diafragma de íris ajustável, com uma abertura ajustável ou orifício, como ilustrado na figura 11b. A base, os pólos periféricos e as pernas, são fixados em posição juntamente com a bobina solenóide 30 e material tubular 95g. A base, pólos periféricos e perna circundam, pelo menos, uma parte do comprimento longitudinal da bobina 30. A extremidade de material tubular 95g está em nível com a superfície de face do elemento base 13a e, conseqüentemente, aí não há distância saliente. Embora a figura 9a e a figura 9b mostrem a extremidade do material tubular 95g e 95h, respectivamente, em nível com o elemento base 13a e 13a', respectivamente, do concentrador de fluxo, em outros exemplos da invenção, a extremidade do tubo pode ser deslocada da superfície da base e o diâmetro d1 do furo da coroa circular pode ser menor do que o diâmetro interno do material tubular dentro da bobina de indução. O arranjo mostrado na figura 9b é similar ao arranjo na figura 9a, exceto que o elemento base 13a' do concentrador 13' é um disco cilíndrico sólido.

[00039] A figura 10a, figura 10b e figura 10c ilustram exemplos da presente invenção que são particularmente adequados para utilização com material tubular de alta resistividade (por exemplo, grafite e ou composições cerâmicas eletricamente condutoras). No exemplo da figura 10a um elemento pólo central não é utilizado. O concentrador 14 compreende elemento base 14a e uma pluralidade de pólos periféricos 14b, cada um dos quais tem um elemento perna opcional 14d localizado adjacente à sua extremidade estendida. O elemento base 14a é uma coroa circular neste exemplo não limitativo da invenção, e tem um elemento deslocado anelar 14e que se estende ao redor da sua abertura no lado voltado para o tubo do elemento base

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 29/41 / 21 para estender o elemento base para o interior da região saliente. Todo os elementos do concentrador 14 são fixados em posição juntamente com a bobina solenóide 30 e material tubular 95j durante o processo de aquecimento. A extremidade do material tubular 95j está em nível com a superfície de face do elemento deslocado anelar 14e. O arranjo mostrado na figura 10b é similar ao arranjou na figura 10a, exceto que o elemento base 14a' do concentrador 14' é um disco cilíndrico sólido. O arranjo mostrado na figura 10c é similar ao arranjo mostrado na figura 10b, exceto que o elemento deslocado 14e'' do concentrador 14'' é um disco cilíndrico sólido.

[00040] A figura 11a e a figura 11b ilustram exemplos da presente invenção particularmente adequados para utilização com material tubular de baixa resistividade. Nestes exemplos, a extremidade do concentrador de fluxo tubular compreende coroa circular fixada 15, como mostrado na figura 11a, ou diafragma de íris ajustável 15', como mostrado na figura 11b, que efetivamente funciona como uma coroa circular com uma abertura variável para acomodar aquecimento de indução de materiais tubulares com propriedades e características físicas diferentes. A figura 11b mostra um exemplo típico, porém não limitativo, de um diafragma de íris ajustável no qual lâminas 15' são ligadas em rotação à estrutura de montagem 15'b de modo que rotação das lâminas resulta em aumentar ou diminuir o tamanho da abertura 15'c. Os eixos centrais de ambos, da coroa circular 15 e do diafragma 15' podem ser alinhados com o eixo central de qualquer dentre a bobina de indução ou o tubo dentro da bobina de indução. Uma distância saliente, como ilustrado na figura 11a, pode ser fornecida quando qualquer entre a coroa circular ou diafragma é utilizada, ou a extremidade do tubo pode estar em contato com a superfície da coroa circular ou diafragma. O raio fixo da coroa circular 15, ou o raio variável do diafragma 15' podem se situar desde menos do que o diâmetro interno do material tubular até a dimensão interna (por exemplo, diâmetro) da bobina de indução.

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 30/41 / 21 [00041] Quando um elemento pólo central é utilizado em outros exemplos da invenção, um elemento pólo central pode compreender uma pluralidade de estruturas que formam de maneira coletiva um elemento pólo central, para estabelecer um trajeto de fluxo particular ao redor do eixo central do material tubular. Por exemplo, na figura 12, o concentrador de fluxo magnético 20 compreende base 20a, pólos periféricos 20b e pólo central 20c, no qual o pólo central 20c compreende quatro elementos cunha 20c' arranjados de maneira simétrica ao redor de um eixo central. Cada elemento cunha 20c' tem um elemento perna de base 20a' linha que se estende substancialmente perpendicular a partir de uma extremidade referida como a extremidade convergente do elemento cunha para formar de maneira coletiva a base 20a. O pólo periférico 20b se estende desde a extremidade oposta referida como a extremidade divergente de cada elemento cunha, como mostrado na figura 12 e figura 16a. Em outros exemplos da invenção, o número de pólos periféricos pode ser aumentado, por exemplo até quatro ou seis, como mostrado na figura 16b e figura 16c, respectivamente, ou qualquer outro número de pólos.

[00042] A figura 13a e a figura 13b ilustram exemplos de concentrador 20 no qual dois pólos periféricos 20b são utilizados. O arranjo e configuração são similares àquele da figura 4a e figura 4b, respectivamente, exceto que na figura 4a e na figura 4b uma base cilíndrica 10a e pólo central 10c são utilizados. Na figura 13a a extremidade do pólo central 20c (que compreende dois elementos cunha 20c') é posicionada ao redor do eixo X na abertura interior do elemento tubular 95p por uma distância xt para alcançar comprimento de extremidade aquecido requerido 92; enquanto na figura 13b o pólo central 20c do concentrador 20 é posicionado ao longo do eixo X para o interior da abertura interior do elemento tubular 95q por uma distância x2 para alcançar comprimento de extremidade aquecido requerido 92. Dependendo de requisitos específicos de uma aplicação, a distância x2 poderia

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 31/41 / 21 ser negativa; isto é, a extremidade 20cextrema do pólo central 20c pode estar localizada a uma certa distância fora do tubo na região saliente da bobina. [00043] A figura 14a e a figura 14b ilustram exemplos de concentrador 21 no qual pólos periféricos 21b e elementos perna opcionais 21d são fixados, enquanto o elemento base 21a (que compreende dois elementos perna de base 21a') e o pólo central 21c (que compreende dois elementos cunha 21c') podem ser movidos nas direções +X e -X. O arranjo e configuração são similares àquele da figura 5a e figura 5b, respectivamente, exceto que na figura 5a e figura 5b uma base cilíndrica 11a e um pólo central 11c são utilizados, e somente o pólo central é móvel. Como ilustrado na figura 14a, a extremidade do pólo central 21c se é posicionada ao longo do eixo X para o interior da abertura interior do elemento tubular 95r por uma distância de x3 para alcançar comprimento de extremidade aquecido requerido 92; enquanto na figura 14b o pólo central 21c do concentrador 21 é posicionado ao longo do eixo X para o interior da abertura interior do elemento tubular 95s por uma distância x4 para alcançar comprimento de extremidade aquecido requerido 92.

[00044] A figura 15a e a figura 15b ilustram exemplos de concentrador 25 no qual pólos periféricos 25b são fixados enquanto elementos perna 25d são móveis em uma direção genericamente paralela ao comprimento de seu pólo periférico adjacente. O arranjo e configuração são similares àquele na figura 6a e figura 6b, respectivamente, exceto que na figura 6a e figura 6b uma base cilíndrica 11a e um pólo central 11c são utilizados. Como ilustrado na figura 15a, o elemento perna 25d é posicionado ao longo do elemento pólo periférico 25b a uma distância de x'5 da extremidade estendida do elemento pólo periférico para alcançar comprimento de extremidade aquecido requerido 92; enquanto na figura 15b o elemento perna 25d é posicionado em x'0 que é definida como a localização da extremidade estendida do elemento pólo periférico. Em outros exemplos da invenção, uma combinação de movimento

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 32/41 / 21 de elemento perna 25d e elemento base 25a (que compreende dois elementos perna de base 25a') e o pólo central 25c (que compreende dois elementos cunha 25c'), como descrito acima, podem ser utilizados.

[00045] Em outros exemplos da invenção, movimento radial de componentes selecionados do concentrador de fluxo magnético ao redor do eixo central do material tubular, pode ser realizado com ou sem movimento de um ou mais dos componentes do concentrador ao longo do eixo X. Elementos mecânicos adequados podem ser utilizados para fornecer o movimento radial. A guisa de exemplo, e não de limitação as figuras 17 a, figura 17b e figura 17c ilustram um exemplo da presente invenção no qual componentes selecionados do concentrador de fluxo magnético são movidos radialmente ao redor do eixo central longitudinal do material tubular. Tal movimento pode ser útil em acomodar material tubular de diferentes diâmetros como ainda mais descrito abaixo. Fazendo referência a estas figuras, o concentrador de fluxo magnético tomado como exemplo 22 é similar ao concentrador 20 ilustrado na figura 13a e 13b, exceto pelas mudanças a seguir. Existem seis pólos periféricos 22b que são localizados ao redor da bobina de indução 30, juntamente com elementos perna opcional 22d. Cada elemento perna de base 22a' e elemento cunha 22c' linha são móveis radialmente ao redor do eixo central A-A' do material tubular. Os seis elementos perna de base são ligados a elemento suporte estrutural 44 por meio de pinos de came 46 através de ranhuras no seguidor de came 40 e placa de came 42, 47 e 45, respectivamente. A placa de came 42 é livre de girar entre o elemento suporte estrutural 44 e o seguidor de came 40, pelo que, pinos de came 46 deslizam cada elemento perna de base 22a' e elemento cunha 22c', seja no sentido do, ou para longe do eixo central. A figura 18a, figura 18b e figura 18c ilustram o efeito de girar o eixo de came 42 pelo braço atuador 48 na direção anti- horária progredindo desde a figura 18a até a figura 18c. Quando o material tubular diminui em diâmetro desde o tubo 95x na figura

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18a até o tubo 95z na figura 18c, elementos cunha 22c' e elementos perna de base 22a' movem radialmente no sentido do eixo central, de modo que os elementos cunha podem ainda ser inseridos dentro do interior do material tubular com espaço radial mínimo quando o diâmetro interno do material tubular diminui.

[00046] Qualquer um dos concentradores de fluxo da presente invenção pode ser combinado com uma bobina de indução de enrolamento variável, no qual a bobina de indução tem uma relação de espiras mais apertada (número de espiras por unidade de comprimento L) ao redor da zona de transição térmica 94 do que no comprimento aquecido de extremidade 92 como mostrado na figura 19.

[00047] Aspectos do concentrador de fluxo magnético da presente invenção ilustrados em exemplo separado da invenção, podem ser combinados em outros exemplos da invenção. Em todos os exemplos da invenção, o concentrador de fluxo magnético pode ser formado de qualquer material adequado que seja magneticamente condutor (alta permeabilidade) e tenha resistividade elétrica é relativamente elevada (baixa perda de potência). Na forma o concentrador de fluxo magnético pode ser uma pilha laminada de material magnético, ferrita, materiais em pó baseados em ferrita e baseados em ferro, e pode ser fundido ou montado em partes.

[00048] Em todos os exemplos da invenção, o termo “material tubular” inclui tubulações e canalizações, mas também inclui qualquer material que tenha um eixo longitudinal central e uma abertura interior. Por exemplo, o material tubular pode ser retangular em seção transversal e ter uma abertura interior retangular correspondente; neste exemplo da invenção, o pólo central pode ser retangular em forma, para inserção na abertura retangular no material tubular.

[00049] Em todos os exemplos da invenção, movimento do concentrador de fluxo magnético pode ser realizado por qualquer método que

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 34/41 / 21 inclui, porém não limitado a, movimento por um operador humano ou um dispositivo de acionamento linear, tal como um acionamento hidráulico ou elétrico. Movimento adicional pode ser realizado manualmente ou automaticamente em alguns exemplos da invenção. Por exemplo, sensores podem sensorear as dimensões do material tubular a ser atualmente tratado termicamente e dar saída a um sinal para um processador que executa um programa para movimentar de maneira apropriada a posição do concentrador. Sensores podem ser sensores de proximidade que sensoreiam, por exemplo, a posição do exterior e/ou interior do material tubular a ser tratado termicamente. Em outros exemplos da invenção, um operador humano pode introduzir dados para um processador por meio de dispositivo de entrada adequado, tal como um teclado, para identificar o material tubular a ser tratado termicamente, e o concentrador de fluxo poderia mover de acordo com um valor de posição armazenado. Em outros exemplos da invenção, sensores podem ser utilizados para sensorear em tempo real temperaturas de aquecimento de ponta de extremidade, por exemplo, por meio de pirômetros, sensores de infravermelho, ou outros sensores de formação de imagem térmica, para sensorear temperaturas de aquecimento de ponta de extremidade em tempo real, para ajustar de maneira adaptável a posição radial e axial do concentrador. Esta alternativa deveria levar em consideração anomalias metálicas em um tamanho particular de material tubular, e ajustar de acordo a posição do concentrador.

[00050] Uma bobina de uma única camada de diversas espiras está mostrada nos exemplos acima da invenção. Contudo, a invenção não está limitada a um tipo particular de projeto de bobina. Por exemplo, uma bobina de uma única espira, diversas camadas de bobinas ou diversas bobinas conectadas a uma pluralidade de fontes de potência, podem ser utilizadas com os aparelhos da presente invenção.

[00051] Dependendo da aplicação e de requisitos de processo

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 35/41 / 21 diferentes projetos de concentradores de fluxo podem ser utilizados. Por exemplo, pilhas de laminados podem ser um elemento circular contínuo ou podem ser fabricadas de diversas pilhas. Dependendo da aplicação e especificidades de requisitos de processo: uma conformação em “C” (elemento base e dois pólos periféricos sem pólo central); uma dupla conformação em “C” (elemento base e quatro pólos periféricos sem pólo central); uma conformação em “T” (elemento base, pólo central sem pólos periféricos); ou um concentrador de fluxo formado de pó ou laminação de conformação em “I”, ou qualquer combinação das formas acima, podem ser utilizadas ao invés de um concentrador conformado em “E”.

[00052] Embora os exemplos acima da invenção descrevam manter constante a posição da bobina solenóide, em outros exemplos da invenção uma combinação do movimento da bobina solenóide e concentrador de fluxo magnético de extremidade descritos em qualquer um dos exemplos acima da invenção, pode ser utilizada sem se afastar do escopo da invenção. Em outros exemplos da invenção, qualquer um dos concentradores e/ou material tubular nos exemplos acima da invenção podem ser girados durante o processo de tratamento térmico por indução.

[00053] O termo “bobina solenóide de indução” como utilizado na invenção é entendido em seu sentido o mais amplo como qualquer combinação de uma ou mais bobinas de indução, na qual um campo magnético é gerado quando uma corrente alternada escoa através de uma ou mais bobinas de indução e o campo magnético acopla com a extremidade de um material tubular inserido para o interior de uma ou mais bobinas de indução. A invenção não está limitada a uma configuração geométrica particular de uma bobina de indução.

[00054] Em todos os exemplos da invenção ambas as extremidades de um material podem ser aquecidas por indução ao mesmo tempo, inserindo todo o comprimento do material tubular para o interior de uma bobina

Petição 870180047386, de 04/06/2018, pág. 36/41 / 21 solenóide de indução de modo que uma distância saliente seja estabelecida em ambas as extremidades do material tubular.

[00055] Os exemplos acima da invenção foram fornecidos meramente para a finalidade de explicação e não devem ser de forma alguma interpretados como limitativos da presente invenção. Embora a invenção tenha sido descrita com referência a diversas configurações, as palavras aqui utilizadas são palavras de descrição e ilustração ao invés de palavras de limitação. Embora a invenção tenha sido descrita aqui com referência a dispositivos, materiais e configurações particulares, a invenção não tem a intenção de estar limitada aos particulares aqui divulgados; ao invés disto, a invenção se estende a todas as estruturas funcionalmente equivalentes, métodos e ou utilizações funcionalmente equivalentes. Aqueles versados na técnica, tendo o benefício dos ensinamentos desta especificação e reivindicações anexas, podem efetuar inúmeras modificações a ela, e mudanças podem ser feitas sem se afastar do escopo da invenção em seus aspectos. A invenção não está limitada ao que está descrito acima, mas também inclui a invenção como descrita nas reivindicações anexas.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de tratamento térmico por indução elétrica de pelo menos uma região extrema de um material tubular (95), compreendendo a etapa de:

inserir a região extrema de material tubular para o interior de uma bobina de indução (30) até uma distância saliente desde uma extremidade da bobina de indução, caracterizado pelo fato de compreender ainda:

localizar um concentrador de fluxo (10, 11, 20, 21) na vizinhança da região extrema do material tubular na bobina de indução, de modo que um pólo central (10c) do concentrador de fluxo se estende genericamente desde a região central de uma superfície de uma base (10a) do concentrador de fluxo pelo menos parcialmente para o interior da distância saliente, e uma pluralidade de pólos periféricos (10b), distribuídos radialmente ao redor do perímetro da base, genericamente estendidos ao redor do exterior da extremidade da bobina de indução por uma distância do pólo igual a pelo menos uma porção da distância saliente; e aplicar potência de corrente alternada à bobina de indução com o concentrador de fluxo localizado na vizinhança da região extrema do material tubular na bobina de indução para o tratamento térmico por indução elétrica da pelo menos uma região extrema do material tubular.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir as etapas de manter constantes as posições da base e da pluralidade de pólos periféricos e mover o pólo central (11c) ao longo do eixo longitudinal do concentrador de fluxo, para ajustar a posição do pólo central em relação às posições da base (11a) e da pluralidade de pólos periféricos (11b).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a base compreender uma pluralidade de pernas de base (20a' ou

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21a') radialmente distribuídas ao redor do eixo longitudinal do concentrador de fluxo, o pólo central compreende uma pluralidade de cunhas (20c', 21c'), cada uma da pluralidade de cunhas se estendendo genericamente de maneira perpendicular a partir do lado voltado para o tubo da extremidade convergente de uma da pluralidade de pernas de base, e cada um da pluralidade de pólos periféricos (20b, 21b) se estendendo genericamente de maneira perpendicular a partir do lado voltado para o tubo da extremidade divergente de cada uma da pluralidade de pernas da base.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de mover o concentrador de fluxo (10, 20) genericamente ao longo do eixo longitudinal do concentrador de fluxo para ajustar a posição do concentrador de fluxo em relação às posições fixas da região extrema do material tubular (95 ou 95p, 95q) e da bobina de indução (30).
5. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de incluir as etapas de manter as posições da pluralidade de pólos periféricos constantes (21b) e mover o pólo central (21c') e base (21a') ao longo do eixo longitudinal do concentrador de fluxo para ajustar as posições do pólo central e base para as posições fixas da região extrema do material tubular (95r, 95s) e bobina de indução (30).
6. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de incluir as etapas de localizar uma perna de concentrador de fluxo (11d, 21d, 25d) a uma extremidade de pelo menos um dos pólos periféricos (11b, 21b, 25b) à distância do pólo, faceando a perna do concentrador de fluxo no sentido do exterior do material tubular (95c, 95e, 95f, 95r, 95s, 95t, 95u).
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de mover a perna do concentrador de fluxo (11d, 25d) substancialmente paralela ao comprimento do pelo menos um dos

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3 / 3 elementos pólos periféricos (11b, 25b).
8. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de incluir a etapa de mover a pluralidade de pernas de base (21a') e cunhas (21c') em uma direção substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal do concentrador de fluxo (21).

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