CN101438620A

CN101438620A - 管状材料端部的电感应加热处理

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Publication number: CN101438620A
Application number: CNA2007800148280A
Authority: CN
Inventors: D·L·洛夫莱斯; P·A·罗斯; V·I·鲁德涅夫; J·P·朗
Original assignee: Inductoheat Inc
Current assignee: Inductoheat Inc
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: US8895906B2; US20080099468A1; US7317177B2; RU2008146069A; CA2649366C; RU2428821C2; EP2020160A4; BRPI0710693A2; ES2646540T3; US20080099469A1; EP2020160B1; BRPI0710693B1; WO2007127566A3; US20070246459A1; WO2007127566A2; SI2020160T1; EP2020160A2; PL2020160T3; CN101438620B; CA2649366A1

Abstract

本发明公开了用于在电感应加热处理过程中控制管状材料的端部加热的磁通集中器。所述磁通集中器可由固定的元件或固定及可移动元件的组合组成以适应具有不同尺寸或材料特性的管状材料的端部加热。

Description

管状材料端部的电感应加热处理

相关申请交叉引用

本申请要求2006年4月24日申请的美国临时申请60/794,492的权益，在此通过引用结合其全部内容。

技术领域

本发明涉及管状材料的端部区域的电感应加热处理。

背景技术

电感应加热可用于加热处理管状材料如金属管。通常，如图1中所示，管状材料被保持在螺线管感应线圈内的适当位置。管90放在螺线管线圈30内。当向所述线圈施加适当的交流功率时，所述管通过与交流电流流过线圈所建立的纵向通量场的磁耦合而被感应加热。热处理例如可以是管状材料端部的退火、正火、应力消除、涂覆、干燥、硬化或回火。在其它应用中，管状产品的感应端部加热可用于在金属成形操作之前加热端部。一些应用需要均匀加热管状材料的特定长度的端部部分。

如图1中所示，当希望均匀端部加热处理时，管状材料被置于线圈中，使得所述线圈“外伸”到所述材料的端部之外。通常，所述线圈和管状材料的纵轴X重合，螺线管线圈成形为与管状材料的形状一致。外伸距离x_oh控制在线圈的远离管状材料端部的轴端处建立的通量场的形状，使得所述通量场强度建立在所述材料的端部内以将其均匀加热到所需长度。适当的外伸距离受多个参数影响，包括管状材料的外径、所述材料的厚度、物理及冶金特性、及施加于线圈的交流功率的频率。因此，因此，对于不同大小的管状材料或为了将同一管状材料加热处理到不同的端部长度，需要不同的线圈。例如，比较图2a、图2b和图2c，其中同样的感应线圈30和外伸距离x_oh用于分别感应加热具有下述特性的端部：(1)外径(OD)等于OD₁及厚度为t₁的管状材料90a；(2)外径为OD₂及厚度为t₁的管状材料90b，OD₂小于OD₁；(3)外径为等于OD₂及厚度为t₂的管状材料90c，t₂大于t₁；如图2d所示，对于图2a中的管状材料，所需端部加热长度92、热过渡区94和冷区96均不同。术语“所需端部加热长度”通常指在所需端部加热长度上的均匀加热温度分布。由于在材料的突然过渡到“无热”(或冷)的端部区域的端部长度中不能感应热量，因而有具有热过渡区94的端部长度，其中由于“均热”效应所述热量朝向冷区96逐渐降低，从而在所需端部加热长度中感应的热量从所需端部加热长度92向冷区96传导。在一些热处理过程中，控制所需端部加热长度和热过渡区的长度非常重要。对于图2b和2c中的管状材料90b和90c，由于在线圈端部存在电磁端部效应，所述材料沿所需端部加热长度92’和92″的全部长度未被足够加热。在管的端部有欠加热区91。当必须使用设计用于较大OD的线圈加热具有较小OD的管状材料时，管的端部将由于因电磁端部效应引起的热源减少而欠加热(区域91)。如果管状材料属于相同形状但由具有不同物理或冶金特性的材料制成，例如具有更高电阻率的金属，则管的端部也将由于因电磁端部效应引起的热源减少而欠加热。

或者，沿线圈长度具有多个交流功率连接抽头的单一线圈对不同尺寸或冶金组分的管状材料的均匀管状端部加热也提供一些另外的灵活性。通过使用适当的交流功率连接抽头，线圈的加电长度可改变以调节外伸距离。然而在使用线圈外伸实现均匀端部加热时有限制。当在低于居里温度加热磁性金属时该限制尤其明显。在达到某些值后，线圈外伸的进一步增加将不能补偿因电磁端部效应引起的热源缺乏。此外，大的线圈外伸导致线圈效率和线圈功率因数的降低。由于更高的能量损耗及必须使用特殊的线圈功率因数校正装置，这两个因素均负面影响感应系统的成本效率和灵活性。

本发明的目的之一是在电感应加热处理过程中提高不同类型的管状材料的端部温度加热均匀性，其中管状材料的至少一端部区域插入螺线管感应线圈内。本发明的另一目的在于提高感应加热系统的灵活性以使能使用同一感应加热器对不同几何结构和材料的管状产品进行所需(如均匀)加热。

发明内容

一方面，本发明是电感应加热管状材料的端部区域的装置和方法。管状材料的至少一端部区域插入感应线圈内，所述感应线圈被施加交流功率以建立与管状材料耦合从而感应加热管状材料的交流磁场。在本发明的一些例子中，管通量集中器的端部包括基座、在所述基座的朝向管侧的外围区域周围延伸的多个外围磁极、及从所述基座的朝向管侧的中心区域延伸的至少一中央磁极。通量集中器的纵轴通过并垂直于所述基座的朝向管的那一侧。所述至少一中央磁极至少部分伸入感应线圈的与所述管的端部相邻的外伸区域，及所述多个外围磁极至少部分延伸在感应线圈端部的外部周围。在本发明的一些例子中，所述通量集中器可移动以有选择地控制：通量集中器伸入感应线圈或感应线圈中的管的端部的伸出距离；所述多个外围磁极在感应线圈端部的外部周围延伸的距离；和/或所述基座距感应线圈端部的距离。在本发明的其它例子中，所述至少一中央磁极可相对于所述基座和所述多个外围磁极在所述通量集中器的纵轴方向移动。在本发明的其它例子中，所述通量集中器可包括邻近所述多个外围磁极中的至少一个的伸出端部定位的支柱。可选地，所述支柱可在平行于所述多个外围磁极中的至少一个的长度方向移动。在本发明的其它例子中，所述基座不伸入感应线圈的端部内；作为选择，位于所述基座的朝向管的表面和所述管状材料的端部之间的基座偏移元件可伸入感应线圈内；在这些备选结构的任一结构中，所述管的端部可分别靠所述基座或所述基座偏移元件的表面置放，或者与相应的表面间隔开置放。在本发明的其它例子中，通量集中器可以是环形结构或可调虹彩光圈，其可有选择地与感应线圈中的管状材料端部的纵轴对准。

另一方面，本发明是电感应加热管状材料的端部区域的装置和方法。管状材料的至少一端部区域插入感应线圈内，所述感应线圈被施加交流功率以建立与管状材料耦合从而感应加热管状材料的交流磁场。在本发明的一些例子中，管通量集中器的端部包括基座、中央磁极和多个外围磁极。所述基座由关于所述通量集中器的纵轴径向分布的多个基座支柱形成。所述中央磁极包括多个楔元件，每一楔元件从所述多个基座支柱的每一支柱的会聚端的朝向管的那一侧垂直延伸。所述多个外围磁极中的某一个从所述多个基座支柱元件的每一个的会聚端的朝向管的那一侧垂直延伸到伸出端。通量集中器的纵轴通过并垂直于由多个基座支柱确立的平面。在本发明的一些例子中，所述中央磁极至少伸入感应线圈的与所述管的端部相邻的外伸区域，及所述多个外围磁极至少部分延伸在感应线圈端部的外部周围。在本发明的一些例子中，所述通量集中器可移动以有选择地控制：通量集中器伸入感应线圈或感应线圈中的管的端部的伸出距离；所述多个外围磁极在感应线圈端部的外部周围延伸的距离；和/或所述基座距感应线圈端部的距离。在本发明的其它例子中，所述基座和中央磁极的组合可相对于所述外围磁极在所述通量集中器的纵轴方向移动。在本发明的其它例子中，所述通量集中器可包括邻近所述多个外围磁极中的至少一个的伸出端部定位的支柱。可选地，所述支柱可在平行于所述通量集中器的纵轴方向移动。在本发明的其它例子中，包括多个基座支柱的所述基座及包括多个楔元件的所述中央磁极可相对于所述通量集中器的纵轴径向调节。

本发明的上述及其它方面将在本说明书及所附权利要求中进一步提出。

附图说明

如下面简要概括地，附图用于示例性地理解本发明而非限制本说明书及所附权利要求进一步提出的发明：

图1为用于电感应加热管状材料的现有技术装置的截面图。

图2a、2b和2c为用于电感应加热具有不同尺寸的管状材料的现有技术装置的截面图。

图2d以图示方式比较图2a、2b和2c中所示管状材料的感应端部加热。

图3为本发明的电感应加热处理管状材料端部的一个例子的截面图。

图4a和4b为本发明的电感应加热处理管状材料端部的另一例子的截面图。

图5a和5b为本发明的电感应加热处理管状材料端部的另一例子的截面图。

图6a和6b为本发明的电感应加热处理管状材料端部的另一例子的截面图。

图7a、7b和8c为图3中所示磁通量集中器的具有不同数量的外围磁极的备选例子的端视图。

图8a为图7a所示的磁通量集中器的立体图。

图8b为本发明的具有锥形中央部分的磁通量集中器的立体图，其用于电感应加热处理管状材料端部。

图9a和9b为本发明的电感应加热处理管状材料端部的另一例子的截面图。

图10a、10b和10c为本发明的电感应加热处理管状材料端部的另一例子的截面图。

图11a为本发明的电感应加热处理管状材料端部的另一例子的截面图。

图11b为与本发明的电感应加热处理管状材料端部的一些例子一起使用的、可调虹彩光圈的一个例子的端视图。

图12为本发明的用于电感应加热处理管状材料端部的另一磁通量集中器的立体图。

图13a和13b为本发明的电感应加热处理管状材料端部的另一例子的截面图。

图14a和14b为本发明的电感应加热处理管状材料端部的另一例子的截面图。

图15a和15b为本发明的电感应加热处理管状材料端部的另一例子的截面图。

图16a、16b和16c为图12所示的磁通量集中器的具有不同数量的外围磁极的备选例子的端视图。

图17a、17b和17c示出了本发明的电感应加热处理管状材料端部的另一例子，其中磁通量集中器沿管状材料的中心轴具有径向可调的元件。

图18a、18b和18c示出了图17a、17b和17c所示磁通量集中器的可调元件的重新定位。

图19示出了本发明的电感应加热处理管状材料端部的一个例子，其中使用了具有可变匝比的感应线圈。

具体实施方式

本发明的用于管状材料的端部加热的电感应加热处理装置的一个非限制性例子在图3中示出。管磁通集中器10的端部包括基座10a，所述基座具有从其表面沿管状材料95的轴向延伸的多个外围磁极10b和中央磁极10c，其插入感应线圈30内以在向所述线圈施加交流功率时进行感应加热处理。所述中央磁极位于所述管状材料的内径内部。所述外围磁极位于所述基座的外围区域周围并在所述管状材料和感应线圈的外表面的外部，如图3中所示。集中器10可在+X或-X方向移动以适应不同尺寸的管状材料或影响加热处理的端部长度。改变集中器10相对于线圈30和管状材料95的固定位置的位置使得可在同一线圈内对不同大小、长度或冶金特性的管状材料进行受控端部加热。

例如，图4a和图4b示出了使用同一磁通集中器10加热具有不同内径和壁厚的两个管状材料，即图4a中的管状材料95a具有比图4b中的管状元件95b更小的内径及更大的厚度。在图4a中，集中器10的中央磁极10c的端部沿X轴置于管状元件95a的内开口中大致x₁距离以获得所需端部加热长度92；而在图4b中，集中器10的中央磁极10c沿X轴置于管状元件95b的内开口内大致x₂距离以获得所需端部加热长度92。根据应用的特定需要，距离x₂可以为负(如图4b中所示，确立x＝0的管状材料端部的X位置)；即，所述中央磁极10c的端部10c_end可位于线圈外伸区域中的管的一定距离之外。

图5a和5b示出了本发明的另一非限制性例子。在本发明的这些例子中，集中器11包括基座元件11a、多个外围磁极11b和中央磁极11c。另外，所述基座和外围磁极连同螺线管线圈30和管状材料95c或95d固定在适当位置。所述基座和外围磁极至少包围线圈30的纵向长度的一部分。可选地，对一个或多个外围磁极可提供支柱元件11d。在该例子中，支柱元件11d位于每一外围磁极的伸出端并朝向所述管状材料的外部。中央磁极11c可沿X轴在+X和-X方向移动。如图5a中所示，中央磁极11c的端部沿X轴置于管状元件95c的内开口中大致x₃距离以获得所需端部加热长度92；而在图5b中，集中器11的中央磁极11c沿X轴置于管状元件95d的内开口内大致x₄距离以获得所需端部加热长度92。根据应用的特定需要，距离x₄可以为负；即，所述中央磁极11c的端部11c_end可位于线圈外伸区域中的管的一定距离之外。

图6a和图6b示出了本发明的另一非限制性例子。这些例子与图5a和5b所示的例子类似，但支柱元件11d可在平行于相邻外围磁极元件的长度的方向移动。本发明的该例子在控制热过渡长度94时特别有用。如图6a中所示，支柱元件11d沿外围磁极元件位于距所述外围磁极元件的伸出端x’₅距离处以获得所需端部加热长度92；而在图6b中，支柱元件11d位于x’₀处，其定义为外围磁极元件的端部。在本发明的其它例子中，如上所述，可使用支柱元件11d和中央磁极11c的组合移动。

在本发明的其它非限制性例子中，任何通量集中器均可以是包括一对外围磁极的“E”形集中器，如图7a和图8a或8b所示。在本发明的其它例子中，例如，外围磁极的数量可增加到4或6个，分别如图7b和7c所示，或者为任何其它数量。尽管外围磁极在图8a和8b中被图示为弯曲的矩形元件，但它们可以为不同的形状，只要它们在感应线圈内的管状材料端部周围建立磁场即可。作为限制，磁极数量可增加到在集中器的基座元件周围形成紧密圆柱形外围磁极结构的数量。尽管上述通量集中器的基座元件在图7a-7c、图8a和8b中被图示为圆盘，但根据将要感应加热处理的特定管状材料，它们也可以是其它形状。尽管在本发明的上述部分例子中所述中央磁极被图示为单一圆柱形元件，但中央磁极也可以是不同的形状，例如图8b中所示的锥形，并可由在管状材料端部周围建立合成磁场的多个中央磁极元件组成。

图9a和9b示出了本发明的特别适于与低电阻率管状材料(例如，铜、黄铜或铝成分)一起使用的例子。在图9a的例子中，未使用中央磁极。集中器13包括基座元件13a和多个外围磁极13b，每一外围磁极具有邻近其伸出端定位的可选支柱元件13d。在本发明的该非限制性例子中，基座元件13a为环形结构。或者，基座元件13a可以是具有可调开口或孔径的可调虹彩光圈，如图11b中所示。基座、外围磁极和支柱连同螺线管线圈30和管状材料95g固定在适当位置。基座、外围磁极和支柱至少包围线圈30的纵向长度的一部分。管状材料95g的端部与基座元件13a的端面表面齐平，因而没有外伸距离。尽管图9a和9b分别示出管状材料95g和95h的端部分别与通量集中器的基座元件13a和13a’齐平，但在本发明的其它例子中，所述管的端部可偏离所述基座的表面，及所述环状孔的直径d₁可小于感应线圈内的管状材料的内径。图9b中的结构与图9a中的类似，但集中器13’的基座元件13a’是实心圆柱形盘。

图10a、10b和10c示出了本发明的特别适于与高电阻率管状材料(例如，石墨或导电陶瓷成分)一起使用的例子。在图10a的例子中，未使用中央磁极元件。集中器14包括基座元件14a和多个外围磁极14b，每一外围磁极具有邻近其伸出端定位的可选支柱元件14d。在本发明的该非限制性例子中，基座元件14a为环形结构并具有在基座元件的朝向管的那一侧上的开口周围延伸以将基座元件延伸到外伸区域内的环形偏移元件14e。在加热过程期间集中器14的所有元件均连同螺线管线圈30和管状材料95j一起固定在适当位置。管状材料95j的端部与环形偏移元件14e的端面表面齐平。图10b中所示的结构与图10a中的类似，但集中器14’的基座元件14a’是实心圆柱形盘。图10c中所示的结构与图10b中所示的类似，但集中器14″的偏移元件14e″是实心圆柱形盘。

图11a和11b示出了本发明的特别适于与低电阻率管状材料一起使用的例子。在这些例子中，管通量集中器的端部包括如图11a中所示的固定的环形结构15或如图11b中所示的可调虹彩光圈15’，所述可调虹彩光圈可有效地用作具有可变开口的环形结构以适应具有不同特性和物理特征的管状材料的感应加热。图11b示出了典型的但非限制性的可调虹彩光圈，其中叶片15’a旋转连接到安装结构15’b，使得所述叶片的旋转导致开口15’c的大小的增加或减小。环形结构15和光圈15’的中心轴均可与感应线圈或感应线圈内的管的中心轴对准。如图11a中所示，当使用环形结构或光圈时，可提供外仲距离，或者所述管的端部可与环形结构或光圈的表面接触。环形结构15的固定半径或光圈15’的可变半径均可在从小于管状材料内径到感应线圈的内尺寸(如直径)之间。

当在本发明的其它例子中使用中央磁极元件时，中央磁极元件可包括多个结构，其共同形成中央磁极元件以在管状材料的中心轴周围建立特定通量路径。例如，在图12中，磁通集中器20包括基座20a、外围磁极20b和中央磁极20c，其中中央磁极20c包括对称安放在中心轴周围的四个楔元件20c’。每一楔元件20c’具有从所述楔元件的一端(称为会聚端)垂直延伸的基座支柱元件20a’以共同形成基座20a。如图12和图16a中所示，外围磁极20b从每一楔元件的另一端(称为分叉端)延伸。在本发明的其它例子中，外围磁极的数量可增加到4个或6个，分别如图16b和16c所示，或者任何其它磁极数量。

图13a和13b示出了集中器的例子20，其中使用两个外围磁极20b。其布置和结构分别与图4a和4b中所示的类似，但在图4a和4b中使用的是圆柱形基座10a和中央磁极10c。在图13a中，中央磁极20c(包括两个楔元件20c’)的端部关于X轴置于管状元件95p的内开口中约x₁距离以获得所需端部加热长度92；而在图13b中，集中器20的中央磁极20c沿X轴置于管状元件95q的内开口中约x₂距离以获得所需端部加热长度92。根据应用的特定要求，距离x₂可以为负，即中央磁极20c的端部20c_end可位于线圈外伸区域中的管之外的一定距离处。

图14a和14b示出了集中器的例子21，其中外围磁极21b和可选的支柱元件21d固定，而基座元件21a(包括两个基座支柱元件21a’)和中央磁极21c(包括两个楔元件21c’)可在+X和-X方向移动。其布置和结构分别与图5a和5b中所示的类似，但在图5a和5b中使用的是圆柱形基座11a和中央磁极11c且只有中央磁极可移动。如图14a中所示，中央磁极21c的端部沿X轴置于管状元件95r的内开口内x₃距离以获得所需端部加热长度92；而在图14b中，集中器21的中央磁极21c沿X轴置于管状元件95s的内开口内x₄距离以获得所需端部加热长度92。

图15a和15b示出了集中器的例子25，其中外围磁极25b固定而支柱元件25d可在平行于其相邻外围磁极的长度的方向移动。例子25的布置和结构分别与图6a和6b中所示的类似，但在图6a和6b中使用的是圆柱形基座11a和中央磁极11c。如图15a中所示，支柱元件25d沿外围磁极元件25b置于距所述外围磁极元件的伸出端x’₅距离处以获得所需端部加热长度92；而在图15b中，支柱元件25d置于x’₀处，其定义为外围磁极元件的伸出端的位置。在本发明的其它例子中，如上所述，可使用支柱元件25d、基座元件25a(包括两个基座支柱元件25a’)及中央磁极25c(包括两个楔元件25c’)的组合移动。

在本发明的其它例子中，可完成磁通集中器的所选组件关于管状材料的中心轴的径向移动，所述集中器的一个或多个组件可以也可不沿X轴移动。适当的机械元件可用于提供所述径向移动。作为例子而非限制，图17a、17b和17c示出了本发明的一个例子，其中磁通集中器的所选组件关于管状材料的中心(纵)轴径向移动。这样的移动可用于适应不同直径的管状材料，如下进一步所述。参考这些附图，示例性的磁通集中器22与图13a和13b中所示的集中器20类似，但具有下述变化：有6个外围磁极22b位于感应线圈30周围，连同可选的支柱元件22d。每一基座支柱元件22a’和楔元件22c’可关于管状材料的中心轴A-A’径向移动。所述6个基座支柱元件经穿过凸轮从动件40和凸轮盘42中的槽(分别为47和45)的凸轮销46连接到结构支撑件44。凸轮盘42可在结构支撑件44和凸轮从动件40之间任意旋转，其中凸轮销46使每一基座支柱元件22a’和楔元件22c’或滑向中心轴或远离中心轴。图18a、18b和18c示出了通过致动臂48逆时针方向旋转凸轮轴42的效果，即从图18a到图18c的过程。由于从图18a中的管95x到图18c中的管95z所述管状材料的直径减小，楔元件22c’和基座支柱元件22a’朝向中心轴径向移动，使得楔元件仍然能以最小径向间隙(因为管状材料的内径减小)插入在管状材料的内部内。

本发明的任何通量集中器均可与可变绕组感应线圈结合，其中所述感应线圈在热过渡区94附近具有比端部加热长度92内更密的匝比(每单位长度L的匝数)，如图19中所示。

在本发明的几个分开的例子中说明的本发明的磁通集中器的特征可在本发明的其它例子中进行组合。在本发明的所有例子中，所述磁通集中器可由任何适当的磁导(高磁导率)及具有相当高电阻率(低功耗)的材料制成。在形式上，磁通集中器可以是磁性材料、铁氧体、含铁及含铁氧体的粉末材料的层叠堆，或者可以是铸造件或多个部分的组装件。

在本发明的所有例子中，术语“管状材料”包括管，但也包括具有纵(中心)轴和内开口的任何材料。例如，管状材料截面可以为矩形并具有相应的矩形内开口；在本发明的该例子中，中央磁极形状可以为矩形以插入管状材料的矩形开口内。

在本发明的所有例子中，磁通集中器的移动可通过任何方法完成，包括但不限于由操作员人工移动或由线性驱动装置如电力或液压驱动进行移动。在本发明的一些例子中，进一步的移动可人工或自动完成。例如，传感器可检测当前将要加热处理的管状材料的尺寸并向处理器输出信号，所述处理器运行适当移动集中器的位置的程序。传感器可以是近程传感器，例如检测将要加热处理的管状材料的外部和/或内部的位置。在本发明的其它例子中，操作员可经适当的输入设备如键盘向处理器输入数据以确定将要加热处理的管状材料，通量集中器将根据所保存的位置值进行移动。在本发明的其它例子中，例如传感器可用于通过高温计、红外传感器或其它热成像传感器实时检测端部加热温度以实时检测端部加热从而自适应地调整集中器的径向和轴向位置。该备选方案应考虑特定大小的管状材料中的冶金反常并相应调整集中器的位置。

在本发明的上述例子中示出了单层多匝线圈。然而，本发明不限于特定类型的线圈设计。例如，单匝线圈、多层线圈或连接到多个电源的多个线圈均可与本发明的装置一起使用。

根据应用和过程要求，可采用不同设计的磁通集中器。例如，层叠堆可以是连续圆形元件，或者可以由多个堆制成。根据应用和过程要求的具体情况，“C”形(基座元件和两个外围磁极，没有中央磁极)、双“C”形(基座元件和四个外围磁极，没有中央磁极)、“T”形(基座元件和中央磁极，没有外围磁极)、或“F”形叠层或粉末形成的磁通集中器或上述形状的任何结合均可用于替代“E”形集中器。

在本发明的上述例子描述螺线管线圈的位置保持不变的同时，在本发明的其它例子中，螺线管线圈和本发明上面任一例子中描述的端部磁通集中器的组合移动均可使用，而不背离本发明的范围。在本发明的其它例子中，本发明上面例子中的任何集中器和/或管状材料在感应加热处理过程期间均可旋转。

如在本发明中使用的，术语“螺线管线圈”应当按其最宽含义理解为一个或多个感应线圈的任何组合，当交流电流流过所述一个或多个感应线圈时在其中产生磁场，所述磁场与插入一个或多个感应线圈内的管状材料的端部耦合。本发明不限于特定几何结构的感应线圈。

在本发明的所有例子中，通过将管状材料的整个长度插入螺线管感应线圈内，管状材料的两端可被同时感应加热，从而在管状材料的两端建立外伸距离。

为了说明的目的提供的以上本发明实施例绝不应视为限制本发明。在参考不同实施例描述本发明的同时，在此使用的词句是描述和说明性的词句，而不是限制性的词句。虽然已经结合具体装置、材料和实施例描述了本发明，但本发明不受在此公开的具体细节的限制，本发明延伸到权利要求范围内的所有功能等效的结构、方法和用途。受益于本说明书和所附权利要求的教示的本领域技术人员可以实现对本发明的多种修改，这些变化不脱离本发明的精神和实质。本发明不限于上面所描述的内容，而是包括如所附权利要求详述的发明。

Claims

1、电感应加热处理管状材料的至少一端部区域的方法，该方法包括将管状材料的所述至少一端部区域插入感应线圈直到距离所述感应线圈的端部为外伸距离为止并向所述感应线圈施加交流功率的步骤，其特征在于：

使通量集中器位于感应线圈中的管状材料的所述至少一端部区域附近，使得所述通量集中器的至少一中央磁极从所述通量集中器的基座表面的中央区域至少部分伸入所述外伸距离，及径向分布在所述基座周边周围的多个外围磁极在所述感应线圈的端部的外部周围延伸，所述外围磁极的延伸距离至少等于所述外伸距离的一部分，多个外围磁极中的每一个均在伸出端终止。

2、根据权利要求1的方法，还包括步骤：沿所述通量集中器的纵轴移动所述通量集中器以相对于所述管状材料的至少一端部区域和所述感应线圈的位置调整所述通量集中器的位置。

3、根据权利要求2的方法，还包括步骤：保持所述基座及所述多个外围磁极的位置不变并沿所述通量集中器的纵轴移动所述至少一中央磁极以相对于所述基座和所述多个外围磁极的位置调整所述至少一中央磁极的位置。

4、根据权利要求1的方法，还包括步骤：邻近于所述多个外围磁极中的至少一个的伸出端定位通量集中器并使通量集中器支柱朝向所述管状材料的外部。

5、根据权利要求4的方法，还包括步骤：平行于所述多个外围磁极中的至少一个的长度方向移动所述通量集中器支柱。

6、根据权利要求1的方法，其中所述基座包括径向分布在所述通量集中器的纵轴周围的多个基座支柱，所述至少一中央磁极包括多个楔，所述多个楔中的每一个从所述多个基座支柱之一的会聚端的朝向管的那一侧垂直延伸，及所述多个外围磁极中的每一个从所述多个基座支柱之一的分叉端的朝向管的那一侧垂直延伸。

7、根据权利要求6的方法，还包括步骤：沿所述通量集中器的纵轴移动所述通量集中器以相对于所述管状材料的至少一端部区域及所述感应线圈的固定位置调整所述通量集中器的位置。

8、根据权利要求6的方法，还包括步骤：保持所述多个外围磁极的位置不变并沿所述通量集中器的纵轴移动所述至少一中央磁极和基座以相对于所述管状材料的至少一端部区域及所述感应线圈的固定位置调整所述至少一中央磁极和基座的位置。

9、根据权利要求6的方法，还包括步骤：邻近于至少一所述外围磁极的伸出端定位通量集中器支柱并使通量集中器支柱朝向所述管状材料的外部。

10、根据权利要求9的方法，还包括步骤：平行于所述至少一外围磁极元件的长度方向移动所述通量集中器支柱。

11、根据权利要求6的方法，还包括步骤：在垂直于所述通量集中器的纵轴的方向移动所述多个基座支柱和楔。

12、电感应加热处理管状材料的至少一端部区域的方法，包括步骤：

将管状材料的至少一端部区域插入感应线圈内；

邻近于所述感应线圈的端部定位通量集中器的基座的表面；

使多个外围磁极在所述感应线圈端部的外部周围从基座边界延伸到伸出端，所述外围磁极的延伸距离至少等于插入所述感应线圈内的管状材料的端部；及

向所述感应线圈施加交流功率。

13、根据权利要求12的方法，还包括步骤：邻近于所述多个外围磁极中的至少一个的伸出端定位通量集中器支柱并使通量集中器支柱朝向所述管状材料的外部。

14、根据权利要求13的方法，还包括步骤：平行于所述至少—外围磁极元件的长度方向移动所述通量集中器支柱。

15、根据权利要求12的方法，还包括步骤：将所述基座形成为环形结构或可调虹彩光圈，及使所述环形结构或光圈的中心与所述管状材料的纵轴对准。

16、根据权利要求12的方法，还包括步骤：使所述感应线圈中的管状材料的端部按与所述基座的朝向管的表面接触进行定位。

17、根据权利要求12的方法，还包括步骤：使基座偏移元件按其相对的表面与所述基座的朝向管的表面及所述管状材料的端部接触进行定位。

18、电感应加热处理管状材料的至少一端部区域的方法，包括步骤：

将管状材料的至少一端部区域插入感应线圈内；

邻近于感应线圈的端部定位环形结构通量集中器，所述环形结构的中心轴与所述管状材料的纵轴重合并具有从小于所述管状材料的内径到所述感应线圈的内径的开口直径范围；及

向所述感应线圈施加交流功率。

19、根据权利要求18的方法，其中所述环形结构由可调虹彩光圈形成，其具有从小于所述管状材料的内径到所述感应线圈的内径的可变开口直径范围。

20、管状材料端部感应加热装置，包括用于管状材料端部插入的感应线圈及邻近感应线圈端部置放并在插入所述感应线圈内端管状材料端部附近的环形结构通量集中器，所述环形结构的中心轴与所述管状材料的纵轴重合并具有从小于所述管状材料的内径到所述感应线圈的内径的开口直径范围。

21、根据权利要求20的管状材料端部感应加热装置，其中所述环形结构由可调虹彩光圈形成，其具有从小于所述管状材料的内径到所述感应线圈的内径的可变开口直径范围。

22、根据权利要求20的管状材料端部感应加热装置，其中所述感应线圈在所述管状材料的热过渡区附近的绕组匝比大于在所述管状材料的端部加热长度附近的绕组匝比。

23、管端部通量集中器，包括基座和径向分布在基座周边周围的多个外围磁极，所述多个外围磁极中的每一个从所述基座的朝向管的那一侧向伸出端垂直延伸。

24、根据权利要求23的管端部通量集中器，其中所述基座为圆柱形、环形或可调虹彩光圈。

25、根据权利要求23的管端部通量集中器，还包括从所述基座的朝向管的表面延伸的基座偏移元件。

26、根据权利要求23的管端部通量集中器，还包括从所述基座的朝向管的那一侧的中央区域延伸的至少一中央磁极。

27、根据权利要求26的管端部通量集中器，其中所述至少一中央磁极为圆柱形或锥形形状。

28、根据权利要求26的管端部通量集中器，其中所述至少一中央磁极可沿其轴向长度相对于所述基座移动。

29、根据权利要求28的管端部通量集中器，其中所述至少一中央磁极为圆柱形或锥形形状。

30、根据权利要求26的管端部通量集中器，还包括邻近于所述多个外围磁极中的至少一个的伸出端的通量集中器支柱，所述通量集中器支柱朝向所述管端部通量集中器的纵轴。

31、根据权利要求30的管端部通量集中器，其中所述通量集中器支柱可在平行于所述多个外围磁极中的至少一个的方向移动。

32、根据权利要求26的管端部通量集中器，其中所述基座由关于所述通量集中器的纵轴径向分布的多个基座支柱形成；所述至少一中央磁极包括多个楔，所述多个楔中的每一个从所述多个基座支柱中的每一个的会聚端的朝向管的那一侧垂直延伸；及所述多个外围磁极包括从所述多个基座支柱中的每一个的分叉端的朝向管端部的那一侧垂直延伸的外围磁极。

33、根据权利要求32的管端部通量集中器，其中所述基座和所述至少一中央磁极的组合可沿所述通量集中器的纵轴相对于所述外围磁极移动。

34、根据权利要求32的管端部通量集中器，还包括邻近于所述多个外围磁极中的至少一个的伸出端的通量集中器支柱，所述通量集中器支柱朝向所述管端部通量集中器的纵轴。

35、根据权利要求32的管端部通量集中器，其中所述通量集中器支柱可在平行于所述多个外围磁极中的至少一个的方向移动。

36、根据权利要求32的管端部通量集中器，其中所述基座和所述至少一中央磁极的组合可在垂直于所述通量集中器的纵轴的方向移动。