ES2919084T3 - Inductor para calentamiento por inducción de única tirada de piezas de trabajo complejas - Google Patents

Abstract

Se proporciona un inductor de disparo único al tratamiento térmico de inducción una pieza de trabajo compleja que tiene un componente cilíndrico al menos parcialmente con su eje central que coincide con el eje central de un componente circular y conectado en un extremo al componente circular con un diámetro más grande que el diámetro del componente al menos parcialmente cilíndrico. El inductor de disparo único tiene una sección de inductor de crossover único conectado a los primeros extremos de dos secciones de inductor de piernas longitudinales con los segundos extremos de las dos secciones de inductor de pierna longitudinal conectadas a una sección inductor de collar que rodea toda la circunferencia de la al menos parcialmente componente cilíndrica cilíndrica Cuando la pieza de trabajo compleja se carga en el inductor de un solo disparo para una aplicación de calentamiento de inducción. Alternativamente, el inductor de disparo único puede tener dos secciones de inductor de collar interconectadas entre dos secciones de inductor de piernas longitudinales donde una de las secciones de las piernas puede aceptar un suministro de corriente alterna. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Inductor para calentamiento por inducción de única tirada de piezas de trabajo complejas

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud Provisional de EE. UU. N.° 61/838.249, presentada el 22 de junio de 2013.

Campo de la invención

La presente invención se refiere al tratamiento térmico de inducción eléctrica de única tirada (single shot) de piezas de trabajo complejas que tienen un componente al menos parcialmente cilindrico con su eje central coincidente con el eje central de un componente circular y conectado en un extremo al componente circular con un diámetro mayor que el diámetro del componente al menos parcialmente cilindrico.

Antecedentes de la invención

Una pieza de trabajo con la forma de un cilindro circular recto, como un vástago sólido o hueco, se puede tratar térmicamente (endurecer) metalúrgicamente para aguantar las fuerzas que se aplican a la pieza de trabajo en la aplicación prevista. Por ejemplo, la pieza de trabajo puede ser componentes de automóviles de diversas formas cilindricas que se endurecen metalúrgicamente para su uso en trenes de potencia de vehículos de motor.

Las piezas de trabajo más complejas se forman combinando múltiples componentes cilindricos que tienen diferentes diámetros, empalmes, hombros, orificios y otras irregularidades geométricas. Ejemplos de tales geometrías complejas se ilustran en la Figura 5.28 (figura del lado derecho) y la Figura 5.36 del Handbook of Induction Heating (Valery Rudnev et al., 2003, Marcel Dekker, Inc., Nueva York, NY). La Figura 1 (a) ilustra otro ejemplo de una pieza de trabajo compleja. En general, estas piezas de trabajo complejas se pueden caracterizar por tener un componente al menos parcialmente cilindrico con su eje central coincidente con el eje central de un componente circular y conectado en un extremo al componente circular con un diámetro mayor que el diámetro del componente al menos parcialmente cilindrico, y, por conveniencia, dichas piezas de trabajo se denominan en esta memoria "piezas de trabajo complejas". Por ejemplo, para la pieza de trabajo compleja 90 mostrada en la Figura 1(a), el componente de pieza de trabajo dentro del cuadro discontinuo 90a es el componente al menos parcialmente cilindrico y el componente de pieza de trabajo dentro del cuadro discontinuo 90b es el componente circular con un diámetro mayor que el diámetro del componente al menos parcialmente cilindrico, y estas dos regiones de pieza de trabajo se orientan de manera que el componente al menos parcialmente cilindrico 90a tiene su eje central C^l coincidente con el eje central del componente ^{circular 90b y conectado en un extremo al componente circular 90b con un diámetro exterior d}2 ^{mayor que el diámetro exterior d}1 ^{del componente al menos parcialmente cilindrico 90a.}

El calentamiento por inducción eléctrica se utiliza en una variedad de procesos de tratamiento térmico, como el recocido, la normalización, el endurecimiento de la superficie (carcasa), el endurecimiento, el revenido y el alivio de la tensión. Una de las aplicaciones más populares del tratamiento térmico por inducción es el endurecimiento de aceros, hierros fundidos y componentes pulvimetalúrgicos. En algunos casos se requiere un tratamiento térmico de toda la pieza de trabajo; sin embargo, en otros casos, solo es necesario tratar térmicamente regiones seleccionadas de la pieza de trabajo.

Un proceso tipico de endurecimiento por inducción implica calentar la pieza de trabajo o la región de la pieza de trabajo que se requiere fortalecer hasta la temperatura de austenización; mantener (si se requiere) la pieza de trabajo o la región a la temperatura de austenización durante un periodo de tiempo suficiente para completar la austenización; y luego refrigerar rápidamente la pieza de trabajo o la región por debajo de la temperatura en la que comienza a formarse una estructura martensitica deseable. El refrigeración o temple rápido permite la sustitución del proceso de transformación dependiente de la difusión por una transformación de tipo cizallamiento que crea un constituyente mucho más duro llamado martensita. La martensita se puede formar y el endurecimiento se puede realizar en la superficie de la pieza de trabajo o región, o en toda la sección transversal de la pieza de trabajo o región. Las piezas de trabajo se enduren por inducción por diferentes razones. Por ejemplo, se puede realizar el endurecimiento para aumentar la resistencia a la torsión y/o la vida de fatiga por torsión, para mejorar la resistencia a la flexión y/o la vida de fatiga por flexión, o para mejorar la resistencia al desgaste o la fuerza de contacto.

El documento JP 2005054246 A divulga un inductor de única tirada que comprende una sección de inductor de cruce, una sección de inductor de collarin, secciones segunda y tercera de cruce, en donde las secciones segunda y tercera de inducción de cruce se disponen fisicamente para formar una segunda sección de inductor de collarin sin conexión eléctrica directa entre las secciones de inductor de cruce segunda y tercera.

El documento JP H02267215 A divulga un inductor de única tirada que comprende una sección de inductor de collarin superior y una sección de inductor de collarin inferior, en donde los terminales de suministro y retorno de la fuente de alimentación no están en uno de los conductores verticales que conectan las secciones de inductor de collarin superior e inferior.

Se pueden utilizar diversos tipos de inductores de calentamiento para endurecer por inducción una pieza de trabajo cilindrica o compleja. Dado que el calentamiento por inducción de una pieza de trabajo depende del acoplamiento de flujo magnético con regiones de la pieza de trabajo para inducir el calentamiento por corrientes de Foucault en la pieza de trabajo, es difícil lograr un tratamiento térmico inductivo uniforme dentro de áreas de geometría compleja, como empalmes entre componentes cilíndricos adyacentes, con las típicas disposiciones de bobinas de inducción. El proceso de calentamiento inductivo se complica aún más por el hecho de que, por lo general, la penetración de calor en el interior de la pieza de trabajo es una combinación de calentamiento por corrientes de Foucault inductivas hacia el interior y, luego, una transferencia de calor adicional hacia el interior por conducción desde las regiones de corrientes de Foucault (controladas por la profundidad de las corrientes de Foucault inducidas) hacia la región central de la pieza de trabajo, dicho proceso de calentamiento conductivo se conoce en la técnica como "remojo" de calor.

La configuración de un inductor depende de parámetros específicos de la aplicación que incluyen la geometría de la pieza de trabajo; la composición del material calentado; el espacio disponible para la instalación del inductor; el modo de calentamiento (por ejemplo, modo de calentamiento por barrido, de única tirada, progresivo o estático); la tasa de producción de piezas de trabajo; el patrón de calentamiento requerido; y los detalles del manejo de la pieza de trabajo (es decir, cómo se carga y descarga la pieza de trabajo).

Los inductores para el endurecimiento por inducción generalmente se fabrican con cobre o aleaciones de cobre debido a las altas conductividades eléctricas y térmicas del cobre, su resistencia inherente a la corrosión y su superior trabajabilidad en frío y en caliente.

Los inductores de canal (también conocidos como de única tirada o de ranura) son un tipo de inductor que es el más adecuado para el endurecimiento total y superficial de piezas de trabajo cilíndricas y complejas. Con el inductor de canal, ni la pieza de trabajo ni la bobina de inducción se mueven entre sí excepto por la posible rotación de la pieza de trabajo. Los inductores de canal pueden ser inductores de una o varias vueltas. Los inductores de canal de múltiples vueltas generalmente se aplican para el calentamiento atravesado de los extremos de los lingotes o barras antes de la conformación en caliente, por ejemplo, en un proceso de forja de artículos. Los inductores de canal de una sola vuelta se utilizan típicamente para endurecer por inducción componentes cilíndricos o complejos que se muestran de forma representativa en la Figura 5.28 (figura del lado derecho) y la Figura 5.36 en el Handbook of Induction Heating. Aplicaciones típicas de los inductores de canal de una sola vuelta son el endurecimiento de vástagos de acero al carbono, como vástagos de salida, vástagos con bridas, vástagos de yugo, vástagos intermedios y vástagos de impulsión.

Un inductor de canal de única vuelta consiste en dos patas longitudinales y dos segmentos de cruce (también conocidos como puentes o medios bucles estilo herradura). Los segmentos de cruce no rodean toda la circunferencia de la pieza de trabajo que se va a tratar térmicamente, sino solo una parte que típicamente es la mitad de la circunferencia. Cuando se requiere calentar regiones longitudinales de la pieza de trabajo, las corrientes de Foucault inducidas fluyen principalmente a lo largo de la pieza de trabajo. Una excepción serían los segmentos de cruce del inductor de canal donde el flujo de corrientes de Foucault es la mitad de la circunferencia. Como ejemplo la Figura 5.33 en el Handbook of Induction Heating muestra un inductor de canal utilizado para endurecer por inducción semiejes. La corriente alterna eléctrica instantánea en cada una de las dos patas longitudinales y cada uno de los dos segmentos de cruce tienen sentidos opuestos entre sí.

La longitud de la región calentada se puede controlar fabricando inductores de canal con secciones de patas longitudinales de diferentes longitudes. La Figura 1(b) muestra un ejemplo de un inductor de canal 100 de una sola vuelta de la técnica anterior. La primera sección de cruce (superior) 102 comprende semisecciones de cruce 102a y 102a'; secciones de patas longitudinales 104a y 104b y segunda sección de cruce (inferior) 106. La pieza de trabajo compleja 90 se inserta en el inductor de silla de montar de una sola vuelta 100 como se muestra en la Figura 1 (c). Las semisecciones de cruce 102a y 102a' (La Figura 1(b)) están eléctricamente aisladas entre sí, por ejemplo mediante la ranura dieléctrica 112, de modo que las semisecciones de cruce 102a y 102a' se pueden conectar a las salidas de la fuente de alimentación de corriente alterna. 114. Dado que las secciones de cruce y las secciones de patas longitudinales del inductor 100 solo rodean parcialmente la circunferencia de la pieza de trabajo compleja 90, la pieza de trabajo rota alrededor de su eje central CL mientras está cargada en la posición de tratamiento térmico que se muestra en la Figura 1 (c).

El inductor de canal 100 en la Figura 1 (b) y la Figura 1 (c) se orienta en dirección vertical para la carga y la retirada de piezas de trabajo de única tirada, ya sea en dirección vertical u horizontal.

Las secciones de patas longitudinales de un inductor de canal de una vuelta pueden perfilarse dando forma en relieve a regiones seleccionadas de las patas longitudinales para acomodar características geométricas específicas de la pieza de trabajo tratada térmicamente, como cambios en el diámetro de la pieza de trabajo. De manera similar, una o ambas secciones de cruce de un inductor de canal de única vuelta pueden perfilarse o curvarse para generar el acoplamiento de campo magnético requerido con las regiones apropiadas de la pieza de trabajo para lograr los perfiles de temperatura requeridos. Fabricar la(s) sección(es) requerida(s) del inductor de canal con superficies de calentamiento más estrechas frente a la pieza de trabajo puede aumentar la densidad de la potencia inducida en la(s) región(es) deseada(s).

La Figura 2(a) a la Figura 2(c) ilustran tres ejemplos típicos de segmentos de cruce perfilados de inductores de canal de única tirada de la técnica anterior cerca de una región de empalme.

La Figura 2(a) muestra una mitad inferior de sección de cruce 106' de un aparato de calentamiento de inductor de canal de única vuelta y única tirada de la técnica anterior para el tratamiento térmico de una pieza de trabajo compleja sólida 92. Solo la mitad derecha de sección de cruce inferior 106' (similar a la sección de cruce 106 en la Figura 1 (b)) de un inductor de canal orientado verticalmente se muestra en la Figura 2(a) con paso de refrigeración interno 106a' para el flujo de un medio de refrigeración del inductor. En este ejemplo, se proporciona un aparato de temple 116 separado para templar cuando la pieza de trabajo alcanza las condiciones térmicas requeridas después de ser calentada en el inductor de canal. Métodos alternativos de temple incluyen el temple después de que la pieza de trabajo se haya calentado y descargado del inductor de canal. El eje de simetría vertical CL se indica para el núcleo del componente cilíndrico sólido 92a de la pieza de trabajo compleja 92. Por lo tanto, para la pieza de trabajo compleja 92, el componente al menos parcialmente cilíndrico es el componente cilíndrico de vástago sólido 92a y el componente circular con un diámetro mayor que el diámetro del componente al menos parcialmente cilíndrico es el componente 92b (con sombreado de trazos en dirección opuesta al sombreado de trazos para el componente 92a). Así, el componente al menos parcialmente cilíndrico 92a tiene su eje central coincidente con el eje central del componente circular 92b y se conecta en un extremo al componente circular 92b con un diámetro mayor que el diámetro del componente al menos parcialmente cilíndrico 92a como se muestra en la Figura 2(a). El diámetro exterior 92c y la región de empalme 92d de la pieza de trabajo compleja 92 se incluyen en las regiones para el endurecimiento por inducción y se muestran como regiones punteadas. El diámetro exterior 92c se calentará debido a la corriente de Foucault inducida generada por la corriente eléctrica que fluye en las secciones de patas longitudinales 104a y 104b (no mostradas en la figura 2(a)) del inductor de canal. El calentamiento inducido en la región de empalme 92d es generado principalmente por la corriente de inductor de canal que fluye en la sección de cruce inferior 106' del inductor de canal.

La Figura 2(b) muestra la sección de cruce inferior 106" (solo en la vista de la mitad derecha) de un aparato de calentamiento de inductor de canal de única vuelta y única tirada de la técnica anterior para el tratamiento térmico de piezas de trabajo complejas huecas 90, que es la pieza de trabajo también mostrada en la Figura 1 (a). Solo la semisección de cruce inferior 106" (similar a la sección de cruce 106 en la Figura 1 (b)) de un inductor de canal orientado verticalmente se muestra en la Figura 2(b) con paso de refrigeración interno 106a" para el flujo de un medio de refrigeración de inductor. El aparato de temple separado no se muestra en la Figura 2(b). El eje de simetría vertical C^l se indica para el núcleo del componente cilíndrico hueco (90a y 90c) de la pieza de trabajo compleja 90 con la región de núcleo interior hueco mostrada sin sombreado de trazos. Así, para la pieza de trabajo compleja 90, como también se ha descrito anteriormente en relación con la Figura 1(a), el componente al menos parcialmente cilíndrico es el componente cilíndrico hueco 90a y el componente circular con un diámetro mayor que el diámetro del componente al menos parcialmente cilíndrico se denomina componente 90b en la figura de modo que el componente al menos parcialmente cilíndrico 90a tiene su eje central coincidente con el eje central del componente circular 90b y se conecta en un extremo al componente circular 90b con un diámetro mayor que el diámetro del componente al menos parcialmente cilíndrico 90a como se muestra en la Figura 2(b).

Cuando una pieza de trabajo tiene regiones de endurecimiento que incluyen empalmes como en la Figura 2(a) y la Figura 2(b) a menudo es necesario aumentar sustancialmente la intensidad del calor inducido en la región de empalme ya que la región de empalme tiene una masa de metal sustancialmente mayor para calentar. Además, hay una masa de pieza de trabajo apreciablemente más grande en la proximidad del empalme calentado y detrás de la región que se va a endurecer que desarrolla un efecto de disipador de "frío" sustancial que extrae calor del empalme calentado debido a la conductividad térmica. Por lo tanto, el efecto de refrigeración del efecto disipador de frío debe compensarse induciendo energía de calentamiento adicional en el área de empalme. El excedente de energía requerido a menudo se logra estrechando la cara portadora de corriente de la sección apropiada del inductor de canal para aumentar la densidad de potencia inducida dentro de las regiones apropiadas. Por ejemplo, si la parte de corriente de la cara de calentamiento de la sección de inductor se reduce a la mitad, habrá un aumento correspondiente en la densidad de corriente de la sección de inductor, así como en la densidad de la corriente de Foucault inducida dentro de la respectiva región de la pieza de trabajo. De acuerdo con el efecto Joule, si la densidad de la corriente de Foucault inducida se duplica, la densidad de potencia inducida aumenta cuatro veces.

Para las disposiciones tanto en la Figura 2(a) y, en particular, la Figura 2(b), la cara de calentamiento del inductor en la región de cruce que mira hacia la región de empalme ha sido perfilada para concentrar una corriente de Foucault inducida y la generación de calor dentro de la región de empalme.

La Figura 2(c) muestra una vista detallada de una mitad inferior de sección de cruce 106'" de un aparato de calentamiento de inductor de canal de única vuelta y única tirada de la técnica anterior donde se proporcionan concentradores de flujo magnético 80a y 80b además del perfil de inductor de sección de cruce para proporcionar una mayor concentración de energía de calentamiento en la región de empalme 94c de la pieza de trabajo compleja 94. La densidad de corriente localizada de un inductor se puede aumentar apreciablemente cuando se utilizan concentradores de flujo magnético.

Los concentradores de flujo magnético (también llamados intensificadores de flujo, controladores de flujo, derivaciones, desviadores o núcleos magnéticos) afectan el acoplamiento electromagnético entre la pieza de trabajo y el campo magnético del inductor de canal. Hay varias funciones tradicionales de los concentradores de flujo magnético en el endurecimiento por inducción: (a) proporcionar un calentamiento selectivo de ciertas áreas de la pieza de trabajo; (b) mejorar la eficiencia eléctrica del inductor; (c) y actuar como escudo electromagnético y evitar el calentamiento no deseable de áreas adyacentes. Los concentradores de flujo se hacen de materiales magnéticos suaves de alta permeabilidad que tienen baja conductividad eléctrica. La naturaleza magnética suave de los concentradores de flujo significa que son magnéticos solo cuando se aplica un campo magnético externo. Al ser expuestos a un campo magnético de corriente alterna, estos materiales pueden cambiar su magnetización rápidamente sin mucha fricción. Los bucles estrechos de histéresis magnética de área pequeña son típicos de estos materiales. Los concentradores proporcionan un camino de baja reluctancia magnética y facilitan la concentración de las líneas de flujo en las regiones deseadas. Si se introduce un concentrador de flujo magnético en el campo de inductor, proporcionará un camino de baja reluctancia para el flujo magnético, lo que reducirá el flujo de dispersión y concentrará las líneas de flujo imaginarias del campo magnético. Sin un concentrador de flujo, el campo magnético se extendería alrededor del inductor y se vincularía con el entorno eléctricamente conductor (por ejemplo, equipo auxiliar, soporte metálico, herramientas, accesorios, regiones de pieza de trabajo que no se desea calentar, por ejemplo). El concentrador forma el camino magnético para guiar el campo magnético del inductor en las áreas deseadas. Los factores mencionados anteriormente tienen efectos potencialmente positivos en las regiones selectivas de calentamiento inducido. Sin embargo, las densidades de corriente localizada en ciertas regiones del inductor pueden aumentar sustancialmente y provocar potencialmente un sobrecalentamiento localizado del inductor y/o acelerar el inicio del agrietamiento por tensión del inductor (por el endurecimiento por trabajo del inductor, por ejemplo).

Uno de los principales inconvenientes de un inductor de canal de una vuelta convencional es su corta vida. El requisito de producir suficiente generación de calor en regiones seleccionadas de la pieza de trabajo, como las regiones de empalme, da como resultado la necesidad de tener una cara de calentamiento de inductor apreciablemente estrecha en combinación con el uso de concentradores de flujo magnético, lo que se asocia con una densidad de corriente de bobina excesiva y un fallo prematuro del inductor de calentamiento. El fallo prematuro del inductor (agrietamiento, corrosión por tensión o fatiga por tensión) típicamente ocurre en la región de mayor densidad de corriente y usualmente tiene lugar en la sección de cruce 106 de un inductor de canal de única vuelta que proporciona calentamiento de empalmes. Las secciones de cruce también experimentan una flexión del inductor debido a la presencia de fuerzas electromagnéticas. Por lo tanto, para aumentar la vida útil de los inductores de endurecimiento, se deben realizar intentos para reducir las densidades de corriente en esa región.

Otro inconveniente de los inductores de canal de una sola vuelta convencionales se asocia con una excesiva sensibilidad del proceso que afecta negativamente a la calidad y la repetibilidad del calentamiento de los componentes endurecidos. La sensibilidad excesiva se asocia con un efecto de proximidad electromagnético. Si cambia el posicionamiento de la pieza de trabajo dentro del inductor de canal (por ejemplo, por el desgaste de los cojinetes asociados con el aparato para rotar la pieza de trabajo dentro del inductor, una carga incorrecta de la pieza de trabajo en el inductor), entonces habrá una variación inmediata de la intensidad de calentamiento particularmente dentro de la región de empalme. Esto típicamente da como resultado un déficit de temperatura y una profundidad de dureza reducida asociada con él.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un inductor mejorado para el calentamiento por inducción de única tirada de piezas de trabajo complejas donde un componente al menos parcialmente cilíndrico con su eje central coincidente con el eje central de un componente circular y conectado en un extremo al componente circular con un diámetro mayor que el diámetro del componente al menos parcialmente cilíndrico con mayor vida útil de inductor, mayor robustez y menor sensibilidad térmica al posicionamiento de la pieza de trabajo dentro del inductor.

Los aspectos anteriores y otros de la invención se exponen en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas.

Breve compendio de la invención

En un aspecto, la presente invención es un inductor de única tirada según la reivindicación 1 y un método de tratamiento térmico por inducción de una pieza de trabajo compleja según la reivindicación 14. La pieza de trabajo compleja tiene un componente al menos parcialmente cilíndrico con su eje central coincidente con el eje central de un componente circular y conectado en un extremo al componente circular con un diámetro mayor que el diámetro del componente al menos parcialmente cilíndrico. El inductor de única tirada y una vuelta tiene una sola sección de inductor de cruce conectada a los primeros extremos de dos secciones de inductor de pata longitudinal con los segundos extremos de las dos secciones de inductor de pata longitudinal conectadas a una sección de inductor de único collarín que rodea toda la circunferencia del componente de inductor al menos parcialmente cilíndrico de la pieza de trabajo compleja cuando la pieza de trabajo compleja se carga en el inductor de una sola vuelta de única tirada para una aplicación de calentamiento por inducción. La sección de inductor de cruce junto con la sección de inductor de collarín y las secciones de inductor de pata longitudinal se conectan eléctricamente en serie para formar un circuito eléctrico completo.

En otro aspecto, la presente invención es un inductor de única tirada según la reivindicación 8 y un método de tratamiento térmico por inducción de una pieza de trabajo compleja según la reivindicación 16. La pieza de trabajo compleja tiene un componente al menos parcialmente cilíndrico con su eje central coincidente con el eje central de un componente circular y conectado en un extremo al componente circular con un diámetro mayor que el diámetro del componente al menos parcialmente cilíndrico. El inductor de una sola vuelta y única tirada tiene una primera sección de inductor de collarín conectada a los primeros extremos de dos secciones de inductor de patas longitudinales con los segundos extremos de las dos secciones de inductor de patas longitudinales conectados a una segunda sección de inductor de collarín. Las secciones primera y segunda de inductor de collarín rodean toda la circunferencia del componente al menos parcialmente cilíndrico de la pieza de trabajo compleja cuando la pieza de trabajo compleja se carga en el inductor de una vuelta de única tirada para una aplicación de calentamiento por inducción. Una de las dos secciones de inductor de pata longitudinal se dispone para suministrar una corriente alterna al inductor de única tirada.

El inductor de única tirada de la presente invención también se puede usar para tratar térmicamente piezas de trabajo cilíndricas en las que la longitud axial de la pieza de trabajo cilíndrica se inserta en un inductor de única tirada de la presente invención.

Los aspectos anteriores y otros de la invención se exponen en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos, tal como se resumen brevemente a continuación, se proporcionan a modo de ejemplo para la comprensión de la invención, y no limitan la invención tal como se establece más adelante en esta memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas.

La Figura 1 (a) es un ejemplo de una pieza de trabajo compleja donde un componente al menos parcialmente cilíndrico de la pieza de trabajo compleja tiene su eje central coincidente con el eje central de un componente circular y conectado en un extremo al componente circular de la pieza de trabajo con un diámetro mayor que el diámetro del componente al menos parcialmente cilíndrico.

La Figura 1 (b) es una vista isométrica de un ejemplo de un inductor de canal de la técnica anterior que se puede utilizar para tratar térmicamente la pieza de trabajo compleja de la Figura 1 (a).

La Figura 1(c) ilustra la pieza de trabajo compleja mostrada en la Figura 1(a) cargada en el inductor de canal de la técnica anterior de la Figura 1 (b).

La Figura 2(a), la Figura 2(b) y la Figura 2(c) ilustran disposiciones de la técnica anterior para el tratamiento térmico de piezas de trabajo complejas con un inductor de canal de única vuelta donde solo se muestra la mitad derecha de sección de cruce de la sección de cruce inferior del inductor.

La Figura 3 es una vista isométrica de un ejemplo de un inductor de única tirada de la presente invención con flechas que indican el flujo de corriente instantáneo a través del inductor.

La Figura 4(a) y la Figura 4(b) es el inductor de única tirada de la Figura 3 ilustrado con una rotación de eje central de 90 grados entre la Figura 4(a) y la Figura 4(b) para mostrar un ejemplo de las regiones escalonadas de inductor ubicadas en la sección de inductor de collarín para acomodar los patrones de dureza de pieza de trabajo y las características geométricas de pieza de trabajo requeridas, como los cambios de diámetro para una pieza de trabajo particular que se está calentando.

La Figura 5(a) y la Figura 5(b) es el inductor de única tirada de la Figura 4(a) y la Figura 4(b) con cortes parciales para mostrar los pasos de flujo del medio de refrigeración interno a través del inductor.

La Figura 6 ilustra en alzado de sección transversal una pieza de trabajo compleja antes de cargarla en el inductor de única tirada que se muestra en la Figura 3.

La Figura 7 ilustra en alzado de sección transversal a través de un corte plano de las secciones de patas longitudinales una pieza de trabajo compleja después de cargarla en el inductor de única tirada que se muestra en la Figura 3.

La Figura 8 ilustra esquemáticamente otro ejemplo de un inductor de única tirada de la presente invención.

La Figura 9(a) y la Figura 9(b) son vistas isométricas de otro ejemplo de un inductor de única tirada de la presente invención con flechas que indican el flujo de corriente instantáneo a través del inductor.

Descripción detallada de la invención

La Figura 3 a la Figura 5(b) ilustran un ejemplo de inductor de única tirada 10 de la presente invención. Haciendo referencia a la Figura 3, el inductor de única tirada 10 comprende la sección de inductor de cruce 12, las secciones de patas longitudinales 14a y 14b y la sección de inductor de collarín 16. La sección de cruce 12 comprende las semisecciones de cruce 12a y 12a'. Las semisecciones de cruce 12a y 12a' se aíslan eléctricamente entre sí, por ejemplo, mediante la ranura dieléctrica 22, de modo que las semisecciones de cruce 12a y 12a' se pueden conectar a las salidas de la fuente de alimentación de corriente alterna 24. La ranura dieléctrica 22 puede ser un dieléctrico lleno de aire o relleno con un material de aislamiento eléctrico como lámina de mica. La sección de inductor de único collarín 16 comprende semisecciones de collarín continuas 16a y 16b que forman un conductor eléctrico continuo que se conecta eléctricamente a las secciones de patas longitudinales 14a y 14b. Ambas semisecciones 16a y 16b de la sección de inductor de único collarín 16 se conectan eléctricamente en paralelo entre sí. Cada una de las semisecciones 16a y 16b de la sección de inductor de único collarín 16 se perfila en este ejemplo con regiones de escalón alto (16a' y 16b') y escalón bajo (16a" y 16b") conectadas a través de regiones de interconexión inclinadas (16a''' y 16b''') como se muestra en la Figura 3 (región escalonada 16b" parcialmente oculta en la figura). En todas las realizaciones de la invención, el perfilado se puede lograr dando forma en relieve a regiones seleccionadas de la sección de inductor de collarín según sea necesario para acomodar las características geométricas de una pieza de trabajo compleja particular que se está tratando térmicamente. Opcionalmente, la sección de inductor de cruce o las secciones de inductor de pata longitudinal también pueden ser perfiladas.

Los flujos instantáneos de corriente alterna a través del inductor de única tirada 10 se ilustran mediante flechas en la Figura 3. Por lo tanto, la corriente instantánea fluye hacia una de las dos secciones de patas longitudinales desde una de las semisecciones de cruce hasta la sección de inductor de único collarín 16, luego a través de las semisecciones paralelas de collarín 16a y 16b y sale de la sección de inductor de único collarín 16 hacia la otra sección de pata longitudinal para volver a la otra semisección de cruce. Esta disposición reduce la magnitud de la corriente en cada una de las semisecciones de collarín que se requiere en comparación con los inductores de canal de única vuelta y única tirada de la técnica anterior descritos anteriormente que tienen dos secciones de cruce mientras retienen la misma energía de calentamiento requerida en la pieza de trabajo al rodear toda la circunferencia de la pieza de trabajo en contraste con el rodeo parcial de la técnica anterior descrito anteriormente. La reducción de las magnitudes de corriente en las semisecciones de collarín reduce las densidades de corriente y las fuerzas electromagnéticas, lo que da como resultado una mayor vida útil del inductor de única tirada 10 con respecto a los inductores de canal de única vuelta y única tirada de la técnica anterior.

Con fines ilustrativos y no limitativos, la semisección de cruce 12a puede denominarse sección de cruce de suministro; la sección de inductor de pata longitudinal 14a puede denominarse sección de inductor de pata longitudinal de suministro; la sección de inductor de pata longitudinal 14b puede denominarse sección de inductor de pata longitudinal de retorno; y la semisección de cruce 12a' puede denominarse sección de cruce de retorno. La sección de cruce de suministro tiene un extremo de suministro de fuente de alimentación 13a y un extremo de sección de cruce de pata de suministro opuesto 13b. La sección de cruce de retorno tiene un extremo de retorno de fuente de alimentación 13c y un extremo de sección de cruce de pata de retorno opuesto 13d. La primera sección de collarín 16a tiene un primer extremo opuesto de pata de suministro de sección de collarín 17b y un primer extremo de pata de retorno de sección de collarín 17a, y la segunda sección de collarín 16b tiene un segundo extremo opuesto de pata de suministro sección de collarín 17c (véase la Figura 4 (b)) y un segundo extremo de pata de retorno de sección de collarín 17d. Se utilizan líneas discontinuas para hacer referencia a los extremos de cada una de las secciones de collarín primera y segunda 16a y 16b; la sección de inductor de único collarín 16 (formada a partir de una secciones de collarín primera y segunda 16a y 16b) se fabrica típicamente como un componente cilíndrico continuo generalmente anular. La sección de inductor de pata longitudinal de suministro 14a tiene un extremo de cruce de pata de suministro 14a' y un extremo de collarín de pata de suministro 14a". El extremo de cruce pata de suministro 14a' se conecta al extremo de sección de cruce de pata de suministro 13b, y el extremo de collarín de pata de suministro 14a" se conecta entre los extremos de pata de suministro de secciones de collarín primera y segunda 17b y 17c. La sección de inductor de pata longitudinal de retorno 14b tiene un extremo de cruce de pata de retorno 14b' y un extremo de collarín de pata de retorno 14b". El extremo de cruce de pata de retorno 14b' se conecta al extremo de sección de cruce de pata de suministro de retorno 13d, y el extremo de collarín de pata de retorno 14b" se conecta entre los extremos de pata de retorno de secciones de collarín primera y segunda 17a y 17d para formar el conductor eléctrico continuo desde las secciones de collarín primera y segunda alrededor de los extremos de collarín de patas de suministro y retorno de las secciones de inductor de pata longitudinal de suministro y de retorno, por lo que cuando el componente al menos parcialmente cilíndrico de la pieza de trabajo compleja se sitúa entre las secciones de inductor de patas longitudinales de suministro y retorno y el componente circular de la pieza de trabajo compleja se sitúa adyacente a la cara exterior 16c de la sección de inductor de un solo collarín, y una fuente de alimentación de corriente alterna se conecta entre el extremo de suministro de fuente de alimentación de la sección de cruce de suministro y el extremo de retorno de fuente de alimentación de la sección de cruce de retorno, la pieza de trabajo compleja se trata térmicamente por inducción.

La Figura 4(a) y la Figura 4(b) dividen la sección continua de inductor de único collarín 16 en regiones perfiladas 16a' y 16a" de la primera sección de collarín 16a (véase la Figura 3)), y 16b' y 16b" de la segunda sección de collarín 16b (véase la figura 3)) para ilustrar un ejemplo de perfilado continuo de la sección de inductor de único collarín 16 que se forma a partir de secciones de collarín primera y segunda. Como se ha mencionado anteriormente, dicho perfilado del collarín en las regiones escalonadas de inductor acomoda los patrones de dureza de pieza de trabajo y las características geométricas de pieza de trabajo requeridas, como cambios de diámetro o variaciones de grosor de pared (por ejemplo, cuando el componente al menos parcialmente cilíndrico de la pieza de trabajo compleja que se trata con calor es hueco). Es posible que se requieran dos o más regiones escalonadas en cada semisección de collarín y todos o algunos de los escalones de collarín pueden no tener el mismo volumen entre sí. Además, la longitud del arco (arqueado) de cada región de interconexión inclinada (16am y 16bm) puede ser diferente entre sí y se fabrican para tener un impacto diferente en la energía inducida en áreas particulares de la pieza de trabajo compleja, como la región de vástago o una región de empalme entre el componente al menos parcialmente cilíndrico y el componente circular de la pieza de trabajo compleja.

La Figura 5(a) y la Figura 5(b) ilustran las lumbreras de entrada y salida en el inductor de única tirada 10 para el suministro y retorno de un medio de refrigeración fluido para refrigerar el inductor 10 provocado por el calentamiento por efecto Joule cuando la corriente alterna fluye a través del inductor. En este ejemplo se proporcionan dos circuitos de refrigeración independientes, a saber, el circuito de refrigeración "A" (mostrado con flechas continuas) y el circuito de refrigeración "B" (mostrado con flechas discontinuas). Como se muestra en la Figura 5(a) y la Figura 5(b) el camino de refrigeración de la entrada de suministro ("A" ENTRADA) es secuencialmente a través de: la semisección de collarín 16a (16a' y 16a"); la sección de inductor de pata longitudinal 14b y la semisección de cruce 12a' hasta la salida de retorno ("A" SALIDA), y el camino de refrigeración de la entrada de suministro ("B" ENTRADA) es secuencialmente a través de: la semisección de collarín 16b (16b' y 16b"); la sección de inductor de pata longitudinal 14a y la semisección de cruce 12a a la salida de retorno ("B" SALIDA). Los circuitos de refrigeración dobles separados para diferentes secciones de inductor 10 son una ventaja porque permiten diferentes parámetros de refrigeración para compensar cualquier característica no simétrica en la fabricación del inductor 10. Además, cada entrada de suministro separada entra y primero refrigera las semisecciones de collarín separadas, que generará el mayor calor, y luego continúa fluyendo a través de secciones de inductor de pata longitudinal separadas y semisecciones de cruce separadas. En ejemplos alternativos de la invención, es posible que no se requiera refrigeración por agua o que un único circuito de refrigeración para todo el inductor sea suficiente y se utilice para una pieza de trabajo compleja particular de la presente invención.

En la Figura 3 a la Figura 5(b) la sección de inductor de cruce es generalmente (es decir, sin perfil) de forma semicilíndrica y separada en semisecciones de cruce generalmente de un cuarto de cilindro por la ranura dieléctrica 22. En otras realizaciones de la invención, la sección de inductor de cruce generalmente puede ser mayor o menos de forma semicilíndrica, y las semisecciones de cruce pueden ser generalmente mayores o menores que semisecciones de un cuarto de cilindro de formas de imagen especular iguales, o de formas desiguales para una pieza de trabajo compleja particular que se está tratando térmicamente. En la Figura 3 a la Figura 5(b) cada sección de inductor de pata longitudinal es generalmente (es decir, sin perfilar) una barra rectangular en forma y generalmente (es decir, sin perfilar) perpendicular a un plano de sección transversal radial de la sección de inductor de cruce y la sección de inductor de collarín, cuyo plano es perpendicular al eje central C^l, y puede tener otra forma u orientación en otras realizaciones de la invención para una pieza de trabajo compleja particular que se está tratando térmicamente. En la Figura 3 a la Figura 5(b) la sección de inductor de collarín tiene generalmente (es decir, sin perfil) la forma de un anillo cilíndrico anular con los anillos semicilíndricos anulares de semisecciones de collarín de igual longitud arqueada, con las secciones de inductor de patas longitudinales opuestas conectadas a los extremos adyacentes de las dos semisecciones de collarín como se muestra en las figuras; en otros ejemplos de la invención, las semisecciones de collarín pueden tener una longitud arqueada desigual para una pieza de trabajo particular que se está tratando térmicamente.

La Figura 6 ilustra la pieza de trabajo compleja 90 antes de cargarla en el inductor de única tirada 10. La Figura 7 ilustra una pieza de trabajo compleja 90 cargada en un inductor de única tirada 10 para un proceso de tratamiento térmico por inducción. Se puede proporcionar un aparato adecuado para la pieza de trabajo compleja cargada 90 para la rotación alrededor del eje central C^l al menos durante una parte del proceso de tratamiento térmico. Dado que la sección de único collarín 16 rodea toda la circunferencia de la pieza de trabajo compleja cargada 90, la energía de calentamiento en la región de empalme 90d aumenta sin la necesidad de una reducción excesiva de la cara del inductor que lleva corriente y sin la necesidad de un aumento excesivo de la magnitud de la corriente de bobina.

Si una pieza de trabajo compleja se ubica asimétricamente dentro del inductor 10 (es decir, el eje de simetría (A^collarín) de la sección de inductor de único collarín 16 no coincide con el eje de simetría (C^l) de la pieza de trabajo compleja 90 dentro del inductor 10), se producirá un efecto de calentamiento inducido reducido en una de las dos semisecciones de collarín que tiene un espacio mayor entre el inductor y la pieza de trabajo, que se compensa con un efecto de calentamiento inducido mayor producido en la otra de las dos semisecciones de collarín que tiene un espacio reducido entre el inductor y la pieza de trabajo. En consecuencia, la sensibilidad del proceso de tratamiento térmico por inducción asociada con el posicionamiento de la pieza de trabajo compleja 90 dentro del inductor 10 se reduce con respecto a lo descrito anteriormente para un inductor de canal de única vuelta de la técnica anterior.

La Figura 8 ilustra otro ejemplo de un inductor de única tirada 11 de la presente invención. En este ejemplo, a diferencia del inductor de única tirada 10, las longitudes longitudinales de las secciones dl inductor de pata longitudinal 15a y 15b son desiguales, de modo que las semisecciones de cruce 13a y 13a' de la sección de inductor de cruce 13 estarán ubicadas a diferentes distancias alrededor del eje central de una pieza de trabajo cargada en el inductor de única tirada 11. Cuando las longitudes longitudinales de las secciones de patas longitudinales son de diferentes longitudes, las secciones de cruce de suministro y retorno no serán coplanares entre sí en relación con los planos radiales de sección transversal correspondientes de las secciones de cruce de suministro y retorno perpendiculares al eje central C^l como se ilustra en la Figura 8 por la separación plana z¹ entre las semisecciones de cruce 13a y 13a'. Además, el perfilado de las caras 13aa y 13aa' (mostradas sombreadas por trazos) de las semisecciones de cruce 13a y 13a' puede ser diferente. En la Figura 8, la sección de inductor de único collarín 16 puede ser similar a la sección de inductor de collarín 16 para el inductor de única tirada 10.

La Figura 9(a) y la Figura 9(b) ilustran otro ejemplo de un inductor de única tirada 30 de la presente invención. En esta realización, una segunda sección de inductor de collarín sustituye la sección de inductor de cruce en otras realizaciones de la invención, y una de las dos secciones de patas longitudinales se divide en dos semisecciones de patas longitudinales aisladas eléctricamente para que la fuente de alimentación 24 pueda conectarse entre las semisecciones de patas longitudinales y las dos secciones de inductor de collarín en los extremos opuestos de las secciones de inductor de patas longitudinales 30 de única tirada se conectan entre sí en serie por la sección de pata longitudinal no dividida 34b. Por conveniencia en la Figura 9(a) y la Figura 9(b) las dos secciones de inductor de collarín se denominan sección de inductor de collarín superior 32 y sección de inductor de collarín inferior 36 sin limitación a la orientación espacial superior e inferior de las dos secciones de inductor de collarín. La sección de inductor de collarín superior 32 comprende la primera sección de collarín superior 32a y la segunda sección de collarín superior 32b que se conectan eléctricamente en paralelo. Las líneas discontinuas se utilizan para hacer referencia a los extremos de cada secciones de collarín; el collarín superior 32 se fabrica típicamente como un componente cilíndrico generalmente anular continuo. La primera sección de collarín superior tiene el primer extremo opuesto de pata de primera sección de collarín superior 32a' y el segundo extremo de pata de primera sección de collarín superior 32a", y la segunda sección de collarín superior tiene el primer extremo opuesto de pata de segunda sección de collarín superior 32b' y el segundo extremo de pata de segunda sección de collarín superior 32b". La sección de inductor de collarín inferior 36 comprende la primera sección de collarín inferior 36a y la segunda sección de collarín inferior 36b. La primera sección de collarín inferior 36a tiene un primer extremo opuesto de pata de primera sección de collarín inferior 37a y el segundo extremo de pata de primera sección de collarín inferior 37b, y la segunda sección de collarín inferior 36b tiene el primer extremo opuesto de pata de segunda sección de collarín inferior 37c y el segundo extremo de pata de segunda sección de collarín inferior 37d. La 34a de inductor de pata longitudinal sección de la fuente de alimentación tiene un extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de fuente de alimentación 34a' y un extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal de fuente de alimentación 34a. El terminal de suministro de fuente de alimentación 35a y el terminal de retorno de fuente de alimentación 35b se disponen entre el extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de fuente de alimentación y el extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal la fuente de alimentación. Los términos "suministro" y "retorno" se usan por conveniencia y sin limitación de orientación del inductor de única tirada 30, y las flechas muestran una dirección instantánea del flujo de corriente alterna a través del inductor de única tirada 30. El aislamiento eléctrico entre los terminales de suministro y retorno de fuente de alimentación lo proporciona el espacio 35 entre los terminales que puede estar relleno de aire dieléctrico o con un material dieléctrico como lámina de mica. El extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de fuente de alimentación 34a' se conecta a los primeros extremos de pata de secciones primera y segunda de collarín superior 32a' y 32b', y el extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal de fuente de alimentación 34a" se conecta a los primeros extremos de pata de secciones primera y segunda del collarín inferior 37a y 37c. La sección de inductor de pata longitudinal de retorno 34b tiene un extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de retorno 34b' y el extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal de retorno 34b". El extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de retorno 34b' se conecta a los segundos extremos de pata de secciones primera y segunda de collarín superior 32a. "y 32b", y el extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal de retorno 34b" se conecta a los segundos extremos de pata de secciones primera y segunda de collarín inferior 37b y 37d, de modo que cuando la pieza de trabajo compleja se carga en el inductor de única tirada 30, el componente al menos parcialmente cilíndrico de la pieza de trabajo compleja que se está tratando térmicamente se sitúa entre la sección de inductor de pata longitudinal de fuente de alimentación 34a y la sección de inductor de pata longitudinal de retorno de fuente de alimentación 34b, y el componente circular de la pieza de trabajo compleja se sitúa adyacente a la cara exterior 36c del collarín inferior 36, y una fuente de alimentación de corriente alterna se conecta entre el terminal de suministro de fuente de alimentación 35a y el terminal de retorno de fuente de alimentación 35b, la pieza de trabajo compleja se trata térmicamente por inducción. La cara exterior 36c de la sección de inductor de collarín inferior es la cara de la bobina inferior que mira hacia alejándose de la sección de inductor de collarín superior. En este ejemplo, las regiones perfiladas 36a', 36a" y 36a'" en la primera sección de collarín inferior 36a, y las regiones perfiladas 36b, 36b" y 36b'" en la segunda sección de collarín inferior 36b son respectivamente similares a ^{las regiones perfiladas 16a',} 16^{a", y 16a'" en la primera sección de collarín inferior 16a, y las regiones perfiladas 16b',} 16b" y 16b'" en la segunda sección de collarín inferior 16b del inductor de única tirada 10.

En la Figura 9(a) y la Figura 9(b) las secciones superior e inferior de inductor de collarín tienen generalmente (es decir, sin perfilar) la forma de un anillo cilíndrico anular con las semisecciones de collarín siendo anillos semicilíndricos anulares de igual longitud arqueada y las secciones de patas longitudinales opuestas conectadas a los extremos adyacentes de las dos semisecciones de collarín; en otros ejemplos de la invención, las semisecciones de collarín pueden tener una longitud arqueada desigual para una pieza de trabajo particular que se está tratando térmicamente. En la Figura 9(a) y la Figura 9(b) las secciones de inductor de patas longitudinales divididas y no divididas son cada una generalmente (es decir, sin perfilar) de forma de barra rectangular y generalmente (es decir, sin perfilar) perpendiculares a los planos radiales en sección transversal de la sección de inductor de collarín superior e inferior que son perpendiculares al eje central C^l , y puede tener otra forma u orientación en otras realizaciones de la invención para una pieza de trabajo compleja particular que se está tratando térmicamente.

Una disposición preferible de circuito de refrigeración separado doble para el inductor de única tirada 30 en la Figura 9(a) y la Figura 9(b) es una disposición de circuito de refrigeración aislado doble donde, por ejemplo, el primer circuito de refrigeración aislado fluye a través del collarín superior 32 y el segundo circuito de refrigeración aislado fluye a través del collarín inferior 36. En otras realizaciones de la invención, se puede utilizar uno o varios circuitos de refrigeración aislados para el inductor de única tirada 30 en la Figura 9(a) y la Figura 9(b).

La característica de pieza de trabajo compleja del componente al menos parcialmente cilíndrico que tiene su eje central coincidente con el eje central del componente circular incluye piezas de trabajo complejas donde el eje central del componente al menos parcialmente cilíndrico no es coincidente y aún puede insertarse (cargarse) entre las secciones longitudinales del inductor de patas del inductor de única tirada de la presente invención mientras se mantiene un espacio de aire radial mínimo entre el componente al menos parcialmente cilíndrico y las secciones longitudinales del inductor de patas.

El inductor de única tirada de la presente invención también se puede usar opcionalmente para tratar con calor por inducción piezas de trabajo cilíndricas tales como vástagos.

Aunque los ejemplos anteriores del inductor de única tirada son con el inductor y la pieza de trabajo orientados axialmente en la dirección vertical, en otros ejemplos de la invención se puede utilizar cualquier otra orientación. Los términos "superior" e "inferior" y "suministro" y "retorno" se usan meramente para ilustración y no limitan el alcance de la invención ya que son aceptables otras orientaciones del inductor de única tirada.

El temple de una pieza de trabajo calentada en un inductor de única tirada de la presente invención se puede lograr después de que la pieza de trabajo sea calentada y retirada del inductor de única tirada o, en otros ejemplos de la invención, se pueden proporcionar pasos de temple internos a un inductor de única tirada de la presente invención y se puede suministrar medio de temple desde una fuente adecuada a través de los pasos internos de temple para templar la pieza de trabajo mientras todavía está descargada del inductor de única tirada.

Cualquiera de los inductores de única tirada de la presente invención puede fabricarse como un inductor monolítico, por ejemplo, a partir de un bloque de cobre mediante fabricación asistida por ordenador (CAM).

En la descripción anterior, con fines explicativos, se han establecido numerosos requisitos específicos y varios detalles específicos para proporcionar una comprensión completa del ejemplo y las realizaciones. Será evidente, sin embargo, para un experto en la técnica, que se pueden poner en práctica uno o más ejemplos o realizaciones sin algunos de estos detalles específicos. Las realizaciones particulares descritas no se proporcionan para limitar la invención sino para ilustrarla.

Referencia por toda esta memoria descriptiva a "un ejemplo o realización", "uno o más ejemplos o realizaciones" o "diferentes ejemplos o realizaciones," por ejemplo, significa que un rasgo particular se puede incluir en la práctica de la invención. En la descripción, diversos rasgos se agrupan juntos a veces en un único ejemplo, realización, figura o descripción de los mismos con el propósito de simplificar la divulgación y ayudar a entender diversos aspectos inventivos.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un inductor de única tirada (10) para un tratamiento térmico por inducción de una pieza de trabajo compleja (90) que comprende un componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) con su eje central coincidente con el eje central de un componente circular (90b), el componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) conectado en un extremo al componente circular (90b) y el componente circular (90b) que tiene un diámetro de componente circular mayor que un diámetro de componente cilíndrico del componente al menos parcialmente cilíndrico, comprendiendo el inductor de única tirada (10):

una sección de inductor de cruce (12), comprendiendo la sección de inductor de cruce una sección de cruce de suministro (12a) y una sección de cruce de retorno (12a'), teniendo la sección de cruce de suministro (12a) un extremo de suministro de fuente de alimentación (13a) y un extremo de sección de cruce de pata de suministro (13b), el extremo de sección de cruce de pata de suministro (13b) opuesto al extremo de suministro de fuente de alimentación (13a), teniendo la sección de cruce de retorno (12a') un extremo de retorno de fuente de alimentación (13c) y un extremo de sección de cruce de pata de retorno (13d), el extremo de sección de cruce de pata de retorno (13d) opuesto al extremo de retorno de fuente de alimentación (13c), la sección de cruce de suministro (12a) y la sección de cruce de retorno (12a') aisladas eléctricamente entre sí entre el extremo de suministro de fuente de alimentación (13a) y el extremo de retorno de fuente de alimentación (13c), el extremo de suministro de fuente de alimentación (13a) y el extremo de retorno de fuente de alimentación (13c) ubicados adyacentes entre sí y separados por un dieléctrico (22);

una sección de inductor de único collarín (16), comprendiendo la sección de inductor de único collarín una primera sección de collarín (16a) y una segunda sección de collarín (16b), teniendo la primera sección de collarín un primer extremo de pata de suministro de sección de collarín (17b) y un primer extremo de pata de retorno de sección de collarín (17a), el primer extremo de pata de retorno de sección de collarín (17a) opuesto al primer extremo de pata de suministro de sección de collarín (17b), teniendo la sección de collarín (16b) un segundo extremo de pata de suministro de sección de collarín (17c) y un segundo extremo de pata de retorno de sección de collarín (17d), el segundo extremo de pata de retorno de sección de collarín (17d) opuesto al segundo extremo de pata de suministro de sección de collarín (17c);

una sección de inductor de pata longitudinal de suministro (14a) que tiene un extremo de cruce de pata de suministro (14a') y un extremo de collarín de pata de suministro (14a"), el extremo de collarín de pata de suministro (14a") opuesto al extremo de cruce de pata de suministro (14a'), el extremo de cruce de pata de suministro (14a') conectado al extremo de sección de cruce de pata de suministro (13b), y el extremo de collarín de pata de suministro (14a") conectado entre el primer extremo de pata de suministro de sección de collarín (17b) y el segundo extremo de pata de suministro de sección de collarín (17c); y

una sección de inductor de pata longitudinal de retorno (14b) que tiene un extremo de cruce de pata de retorno (14b') y un extremo de collarín de pata de retorno (14b"), el extremo de collarín de pata de retorno (14b") opuesto al extremo de cruce de pata de retorno (14b'), el extremo de cruce de pata de retorno (14b') conectado directamente al extremo de sección de cruce de pata de retorno (13d), y el extremo de collarín de pata de retorno (14b") conectado directamente entre el primer extremo de pata de retorno de sección de collarín (17a) y el segundo extremo de pata de retorno de sección de collarín (17d) para formar un conductor eléctrico continuo desde la primera sección de collarín (16a) y la segunda sección de collarín (16b) que están conectadas eléctricamente en paralelo alrededor del extremo de collarín de pata de suministro (14a") del inductor de pata longitudinal de suministro (14a) y el extremo de collarín de pata de retorno (14b") de la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (14b), por lo que cuando el componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) de la pieza de trabajo compleja se sitúa entre la sección de inductor de pata longitudinal de suministro (14a) y la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (14b) y el componente circular (90b) se sitúan adyacente a la cara exterior de la sección de inductor de único collarín (16) con la primera sección de collarín (16a) y la segunda sección de collarín (16b) rodeando una circunferencia completa de la pieza de trabajo compleja, y una fuente de alimentación de corriente alterna (24) se conecta entre el extremo de suministro de fuente de alimentación (13a) de la sección de cruce de suministro (12a) y el extremo de retorno de fuente de alimentación (13c) de la sección de cruce de retorno (12a'), la pieza de trabajo compleja (90) se trata térmicamente por inducción.

2. El inductor de única tirada (10) de la reivindicación 1, en donde:

la sección de inductor de cruce (12) tiene forma semicilíndrica, y la sección de cruce de suministro (12a) y la sección de cruce de retorno (12a') tienen forma de un cuarto de cilindro;

la sección de inductor de único collarín (16) tiene forma de anillo cilíndrico anular, y la primera sección de collarín (16a) y la segunda sección de collarín (16b) tienen forma de anillos anulares semicilíndricos y de igual longitud arqueada; y

la sección de inductor de pata longitudinal de suministro (14a) y la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (14b) se orientan perpendicularmente en longitud a un plano radial de la sección de inductor de cruce (12) y la sección de inductor de único collarín (16).

3. El inductor de única tirada (11) de la reivindicación 1 o 2, en donde la sección de cruce de suministro (13a) y la sección de cruce de retorno (13a') no son coplanares entre sí.

4. El inductor de única tirada (10) de la reivindicación 1,2 o 3, que comprende además al menos una región perfilada en al menos una de la sección de cruce de suministro, la sección de cruce de retorno, la sección de inductor de pata longitudinal de suministro, la sección de inductor de pata longitudinal de retorno, la primera sección de collarín o la segunda sección de collarín.

5. El inductor de única tirada de la reivindicación 4, en donde al menos una región perfilada comprende una región de perfil escalonado.

6. El inductor de única tirada (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además al menos un circuito de refrigeración interno formado dentro de la sección de inductor de cruce, la sección de inductor de pata longitudinal de suministro, la sección de inductor de pata longitudinal de retorno y el inductor de único collarín. sección para hacer fluir un medio de refrigeración dentro del al menos un circuito de refrigeración interno.

7. El inductor de única tirada (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además;

un primer circuito de refrigeración que comprende:

una primera lumbrera de entrada de suministro de circuito de refrigeración ("A" ENTRADA) en comunicación con un primer paso de refrigeración interno de sección de collarín en la primera sección de collarín (16a);

un paso de refrigeración interno de sección de inductor de pata longitudinal de retorno en la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (14b) en comunicación con el primer paso de refrigeración interno de secciones de collarín;

un paso de refrigeración interno de sección de cruce de retorno en la sección de cruce de retorno (12a') en comunicación con el paso de refrigeración interno de sección de inductor de pata longitudinal de retorno; y

una primera lumbrera de salida de retorno de circuito de refrigeración ("A" SALIDA) en comunicación con el paso de refrigeración interno de sección de cruce de retorno, en donde el primer circuito de refrigeración se configura para permitir que un medio de refrigeración fluya secuencialmente a través de la primera sección de collarín (16a), la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (14b) y la sección de cruce de retorno (12a');

y

un segundo circuito de refrigeración que comprende:

una segunda lumbrera de entrada de suministro de circuito de refrigeración ("B" ENTRADA) en comunicación con un segundo paso de refrigeración interno de sección de collarín en la segunda sección de collarín (16b);

un paso de refrigeración interno de sección de inductor de pata longitudinal de suministro en la sección de inductor de pata longitudinal de suministro (14a) en comunicación con el segundo paso de refrigeración interno de secciones de collarín;

un paso de refrigeración interno de sección de cruce de suministro en la sección de cruce de suministro (12a) en comunicación con el paso de refrigeración interno de sección de inductor de pata longitudinal de suministro; y

una segunda lumbrera de salida de retorno de circuito de refrigeración ("B" SALIDA) en comunicación con el paso de refrigeración interno de sección de cruce de suministro, en donde el segundo circuito de refrigeración se configura para permitir que un medio de refrigeración fluya secuencialmente a través de la segunda sección de collarín (16b), la sección de inductor de pata longitudinal de suministro (14a) y la sección de cruce de suministro (12a).

8. Un inductor de única tirada (30) para un tratamiento térmico de inductor de una pieza de trabajo compleja (90) que comprende un componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) con su eje central coincidente con el eje central de un componente circular (90b), el componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) conectado en un extremo al componente circular (90b) y al componente circular (90b) que tiene un diámetro de componente circular mayor que un diámetro de componente cilíndrico del componente al menos parcialmente cilíndrico, el inductor de única tirada (30) que comprende:

una sección de inductor de collarín superior (32), la sección de inductor de collarín superior comprende una primera sección de collarín superior (32a) y una segunda sección de collarín superior (32b), la primera sección de collarín superior (32a) tiene un primer extremo de primera sección de collarín superior (32a') y un segundo extremo de pata de primera sección de collarín superior (32a"), el segundo extremo de pata de primera sección de collarín superior (32a") opuesto al primer extremo de pata de primera sección de collarín superior (32a'), la segunda sección de collarín superior (32b) tiene un primer extremo de pata de segunda sección de collarín superior (32b') y un segundo extremo de pata de segunda sección de collarín superior (32b"), el segundo extremo de pata de segunda sección de collarín superior (32b") opuesto al primer extremo de pata de segunda sección de collarín superior (32b');

una sección de inductor de collarín inferior (36), comprendiendo la sección de inductor de collarín inferior una primera sección de collarín inferior (36a) y una segunda sección de collarín inferior (36b), teniendo la primera sección de collarín inferior (36a) un primer extremo de pata de primera sección de collarín inferior (37a) y un segundo extremo de pata de primera sección de collarín inferior (37b), el segundo extremo de pata de primera sección de collarín inferior (37b) opuesto al primer extremo de pata de primera sección de collarín inferior (37a), teniendo la segunda sección de collarín inferior (36b) un primer extremo de pata de segunda sección de collarín inferior (37c) y un segundo extremo de pata de segunda sección de collarín inferior (37d), el segundo extremo de pata de segunda sección de collarín inferior (37d) opuesto al primer extremo de pata de segunda sección de collarín inferior (37c);

una sección de inductor de pata longitudinal de fuente de alimentación (34a) que tiene un extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de fuente de alimentación (34a') y un extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal de fuente de alimentación (34a"), un terminal de suministro de fuente de alimentación (35a) y un terminal de retorno de fuente de alimentación (35b) dispuesto entre el extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de fuente de alimentación (34a') y el extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal de fuente de alimentación (34a"), el terminal de suministro de fuente de alimentación (35a) y el terminal de retorno de fuente de alimentación (35b) aislados eléctricamente entre sí, el extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de fuente de alimentación (34a') conectado al primer extremo de pata de primera sección de collarín superior (32a') y el primer extremo de pata de segunda sección de collarín superior (32b'), y el extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal de fuente de alimentación (34a") conectado al primer extremo de pata de primera sección de collarín inferior (37a) y al primer extremo de pata de segunda sección de collarín inferior (37c); y

una sección de inductor de pata longitudinal de retorno (34b) que tiene un extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de retorno (34b') y un extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal de retorno (34b"), el extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal de retorno (34b") opuesto al extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de retorno (34b'), el extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de retorno (34b') conectado al segundo extremo de pata de primera sección de collarín superior (32a") y al segundo extremo de pata de segunda sección de collarín superior (32b"), y el extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal de retorno (34b") conectado al segundo extremo de pata de primera sección de collarín inferior (37b) y al segundo extremo de pata de segunda sección de collarín inferior (37d), la primera sección de collarín superior (32a) y la segunda sección de collarín superior (32b) se conecta eléctricamente en paralelo y la primera sección de collarín inferior (36a) y la segunda sección de collarín inferior (36b) se conectan eléctricamente en paralelo, por lo que cuando la pieza de trabajo compleja (90) se carga en el inductor de única tirada (30) el componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) se sitúa entre la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (34a) y la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (34b) y la pieza circular (90b) se sitúa adyacente a la cara exterior del sección de inductor de collarín inferior (36) con la sección de inductor de collarín superior (32) y la sección de inductor de collarín inferior (36) rodeando una circunferencia de la pieza de trabajo compleja, y una fuente de alimentación de corriente alterna (24) se conecta entre el terminal de suministro de fuente de alimentación (35a) y el terminal de retorno de fuente de alimentación (35b), la pieza de trabajo compleja (90) se trata térmicamente por inducción.

9. El inductor de única tirada (30) de la reivindicación 8, en donde:

la sección de inductor de collarín superior (32) y la sección de inductor de collarín inferior (36) tienen cada una forma de anillo cilíndrico anular; la primera sección de collarín superior (32a) y la segunda sección de collarín superior (32b) tienen forma de anillos semicilíndricos anulares y tienen la misma longitud arqueada; y la primera sección de collarín inferior (36a) y la segunda sección de collarín inferior (36b) tienen forma de anillos semicilíndricos anulares y tienen la misma longitud arqueada; y

la sección de inductor de pata longitudinal de fuente de alimentación (34a) y la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (34b) se orientan perpendicularmente en longitud a un plano radial de la sección de inductor de collarín superior (32) y la sección de inductor de collarín inferior (36).

10. El inductor de única tirada de la reivindicación 8 o 9, en donde la distancia entre el terminal de suministro de fuente de alimentación (35a) y el extremo de sección de collarín superior de pata longitudinal de fuente de alimentación (34a') no es igual a la distancia entre el terminal de retorno de fuente de alimentación (35b) y el extremo de sección de collarín inferior de pata longitudinal de fuente de alimentación (34a").

11. El inductor de única tirada (30) de la reivindicación 8, 9 o 10, que comprende además al menos una región perfilada en al menos una de la sección de inductor de collarín superior, la sección de inductor de collarín inferior, la sección de inductor de pata longitudinal de fuente de alimentación o la sección de inductor de pata longitudinal de collarín inferior.

12. El inductor de única tirada (30) de la reivindicación 11, en donde al menos una región perfilada comprende una región de perfil escalonado.

13. El inductor de única tirada (30) de una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, que comprende además al menos uno o más circuitos de refrigeración internos formados dentro de la sección de inductor de collarín superior (32), la sección de inductor de pata longitudinal de fuente de alimentación (34a), la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (34b), y la sección de inductor de collarín inferior (36) para hacer fluir un medio refrigerante dentro de al menos uno o más circuitos internos de refrigeración.

14. Un método de tratamiento térmico por inducción de única tirada de una pieza de trabajo compleja que comprende un componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) con su eje central coincidente con el eje central de un componente circular (90b), el componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) conectado en un extremo al componente circular (90b) y el componente circular (90b) tiene un diámetro de componente circular mayor que el diámetro de un componente cilíndrico del componente al menos parcialmente cilindrico, con un inductor de tratamiento térmico (10 u 11) que comprende: una sección de inductor de cruce (12), la sección de inductor de cruce comprende una sección de cruce de suministro (12a) y una sección de cruce de retorno (12a'), la sección de cruce de suministro (12a) tiene un extremo de suministro de fuente de alimentación (13a) y una sección de cruce de pata de suministro (13b), el extremo de sección de cruce de pata de suministro (13b) opuesto al extremo de suministro de fuente de alimentación (13a), la sección de cruce de retorno (12a') tiene un extremo de retorno de fuente de alimentación (13c) y un extremo de sección de cruce de pata de retorno (13d), el extremo de sección de cruce de pata de retorno (13d) opuesto al extremo de retorno de fuente de alimentación (13c), la sección de cruce de suministro (12a) y la sección de cruce de retorno (12a') eléctricamente aisladas entre sí entre el extremo de suministro de fuente de alimentación (13a) y el extremo de retorno de fuente de alimentación (13c), el extremo de suministro de fuente de alimentación (13a) y el extremo de retorno de fuente de alimentación (13c) ubicados adyacentes entre sí y separados por un dieléctrico (22); una sección de inductor de único collarín (16), la sección de inductor de único collarín comprende una primera sección de collarín (16a) y una segunda sección de collarín (16b), la primera sección de collarín tiene un primer extremo de pata de suministro de sección de collarín (17b) y un primer extremo de pata de retorno de sección de collarín (17a), el primer extremo de pata de retorno de sección de collarín (17a) opuesto al primera extremo de pata de suministro de sección de collarín (17b), teniendo la segunda sección de collarín (16b) un segundo extremo de pata de suministro de sección de collarín (17c) y el segundo extremo de pata de retorno de sección de collarín (17d), el segundo extremo de pata de retorno de sección de collarín (17d) opuesto al segundo extremo de pata de suministro de sección de collarín (17c); una sección de inductor de pata longitudinal de suministro (14a) tiene un extremo de cruce de pata de suministro (14a') y un extremo de collarín de pata de suministro (14a"), el extremo de collarín de pata de suministro (14a") opuesto al extremo de cruce de pata de suministro (14a'), el extremo de cruce de pata de suministro (14a') conectado directamente al extremo de sección de cruce de pata de suministro (13b), y el extremo de collarín de pata de suministro (14a") conectado entre el primer extremo de pata de suministro de sección de collarín (17b) y el segundo extremo de pata de suministro de sección de collarín. (17c); y una sección de inductor de pata longitudinal de retorno (14b) que tiene un extremo de cruce de pata de retorno (14b') y un extremo de collarín de pata de retorno (14b"), el extremo de collarín de pata de retorno (14b") opuesto al extremo de cruce de pata de retorno (14b'), el extremo de cruce de pata de retorno (14b') conectado al extremo de sección de cruce de pata de retorno (13d), y el extremo de collarín de pata de retorno (14b") conectado directamente entre el primer extremo de pata de retorno de sección de collarín (17a) y el segundo extremo de pata de retorno de sección de collarín (17d) para formar un conductor eléctrico continuo desde la primera sección de collarín (16a) y la segunda sección de collarín (16b) se conecta eléctricamente en paralelo alrededor del extremo de collarín de pata de suministro (14a") de la sección de inductor de pata longitudinal de suministro (14a) y el extremo de collarín de pata de retorno (14b") de la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (14b), comprendiendo el método:

cargar el componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) de la pieza de trabajo compleja entre la sección de inductor de pata longitudinal de suministro (14a) y la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (14b) de modo que el componente circular (90b) se sitúa adyacente a la cara exterior de la sección de inductor de único collarín (16) del inductor de tratamiento térmico con la primera sección de collarín (16a) y la segunda sección de collarín (16b) rodeando toda la circunferencia de la pieza de trabajo compleja;

suministrar una corriente alterna entre el extremo de suministro de fuente de alimentación (13a) de la sección de cruce de suministro (12a) y el extremo de retorno de fuente de alimentación (13c) de la sección de cruce de retorno (12a') para tratar térmicamente por inducción la pieza de trabajo compleja (90); y

descargar la pieza de trabajo compleja (90) del inductor de tratamiento térmico.

15. El método de la reivindicación 14, que comprende además rotar la pieza de trabajo compleja (90) alrededor del eje central de la pieza de trabajo compleja durante al menos parte de un período de tiempo cuando se suministra corriente alterna entre el extremo de suministro de fuente de alimentación (13a) de la sección de cruce de suministro (12a) y el extremo de retorno de fuente de alimentación (13c) de la sección de cruce de retorno (12a').

16. Un método de tratamiento térmico por inducción de única tirada de una pieza de trabajo compleja (90) que comprende un componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) con su eje central coincidente con el eje central de un componente circular (90b), el componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) conectado en un extremo al componente circular (90b) y al componente circular (90b) que tiene un diámetro de componente circular mayor que un diámetro de componente cilíndrico del componente al menos parcialmente cilíndrico, con un inductor de tratamiento térmico (30) de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, comprendiendo el método:

cargar el componente al menos parcialmente cilíndrico (90a) de la pieza de trabajo compleja (90) entre la sección de inductor de pata longitudinal de suministro de energía (34a) y la sección de inductor de pata longitudinal de retorno (34b) de manera que el componente circular (90b) se sitúa adyacente a la cara exterior de la sección de inductor de collarín inferior (36) del inductor de tratamiento térmico (30);

suministrar una corriente alterna entre el terminal de suministro de fuente de alimentación (35a) y el terminal de retorno de fuente de alimentación (35b) para tratar térmicamente por inducción la pieza de trabajo compleja (90); y

descargar la pieza de trabajo compleja (90) del inductor de tratamiento térmico (30).