NO309758B1

NO309758B1 - Method for heating adjacent end portions of two pipes

Info

Publication number: NO309758B1
Application number: NO965512A
Authority: NO
Inventors: Per H Moe
Original assignee: Per H Moe
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2001-03-26
Also published as: NO965512L; NO965512D0

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for oppvarmning av nærliggende endepartier av to rør som skal forbindes ved smisveising e.l.f hvor to diametralt motstående kontakter er festet til hvert endeparti, via hvilke kontakter hvert endeparti tilføres høyfrekvent vekselstrøm for motstandsoppvarmning av materialet i det respektive endeparti, hvor kontaktene for det ene rør befinner seg tett ved og i samme aksialplan som kontaktene for det andre rør. The present invention relates to a method for heating adjacent end parts of two pipes to be connected by forge welding e.l.f where two diametrically opposed contacts are attached to each end part, via which contacts each end part is supplied with high-frequency alternating current for resistance heating of the material in the respective end part, where the contacts for one pipe is located close to and in the same axial plane as the contacts for the other pipe.

En fremgangsmåte av denne type er vist i US-PS 4 736 084, som herved er inkludert som referanse. Denne tidligere kjente fremgangsmåte er med hell anvendt for å forbinde massive arbeidsstykker og tykkveggede rør, idet oppvarm-ningsstrømmen konsentrerer seg selv i materialet nærmest rørenes endeflater på grunn av at disse ligger tett inntil hverandre. For tynnveggede rør, f.eks. fremstilt av C/Ni stål, vil imidlertid nærhetseffekten ikke være tilstrekkelig stor, slik at strømmen vil kunne lekke bort fra rørenes forbindelsesflater. Videre fører kontaktpunktene eller forbindelsene mellom rørendepartiene og de elektriske kontakter til en bredere oppvarmningssone, hvilket resulte-rer i et koldere parti i fugen mellom kontaktene. A method of this type is shown in US-PS 4,736,084, which is hereby incorporated by reference. This previously known method has been successfully used to connect massive workpieces and thick-walled pipes, as the heating current concentrates itself in the material closest to the end surfaces of the pipes due to the fact that these are close to each other. For thin-walled pipes, e.g. made of C/Ni steel, however, the proximity effect will not be sufficiently large, so that the current will be able to leak away from the connecting surfaces of the pipes. Furthermore, the contact points or connections between the pipe end parts and the electrical contacts lead to a wider heating zone, which results in a colder part in the joint between the contacts.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å forbedre den aktuelle fremgangsmåte slik at den med hell vil kunne anvendes også for tynnveggede rør og for materialer med høy termisk og/eller elektrisk ledningsevne. The purpose of the present invention is to improve the method in question so that it can also be successfully used for thin-walled pipes and for materials with high thermal and/or electrical conductivity.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved hjelp av en fremgangsmåte som angitt i det innledende avsnitt, hvilken fremgangsmåte er karakterisert ved at kontaktene for ett av rørene, i det minste nær rørene, er innrettet til å danne en vinkel med kontaktene for det andre rør, hvorved kontaktenes projeksjoner på nevnte aksialplan krysser hverandre. According to the invention, this is achieved by means of a method as stated in the introductory paragraph, which method is characterized in that the contacts for one of the pipes, at least near the pipes, are arranged to form an angle with the contacts for the other pipe, whereby the contacts projections on said axial plane cross each other.

Ifølge en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen løper kontaktene for ett av rørene gjennom slisser i kontaktene According to an advantageous embodiment of the invention, the contacts for one of the pipes run through slots in the contacts

for det andre rør. secondly, pipes.

I områder av fugen fjernt fra kontaktpunktene eller forbindelsene, vil oppvarmningsstrømmen kunne søke å spre seg noe fra fugeflåtene og redusere oppvarmningshastigheten. For å konsentrere strømmen nær fugen også i disse områder, foreslås det ifølge oppfinnelsen å plassere ferrittstaver parallelt med rørenes lengdeakse nær rørveggen, i diametralt motstående områder mellom kontaktene. Disse ferrittstaver vil kunne anordnes både inne i og utenpå rørene. In areas of the joint far from the contact points or connections, the heating current will be able to spread somewhat from the joint rafts and reduce the heating rate. In order to concentrate the current near the joint also in these areas, it is proposed according to the invention to place ferrite rods parallel to the longitudinal axis of the pipes near the pipe wall, in diametrically opposed areas between the contacts. These ferrite rods can be arranged both inside and outside the pipes.

Virkningen av å krysse kontaktene øker med økende vinkel mellom kontaktene. Følgelig, ifølge oppfinnelsen, justeres vinkelen for å unngå overopphetning av rørmaterialet mellom kontaktene. The effect of crossing the contacts increases with increasing angle between the contacts. Consequently, according to the invention, the angle is adjusted to avoid overheating of the pipe material between the contacts.

Oppfinnelsen vil blir beskrevet mer detaljert i det følgende i forbindelse med de utførelseseksempler som er vist i de vedføyede tegninger, hvor The invention will be described in more detail in the following in connection with the design examples shown in the attached drawings, where

fig. 1 er et perspektivriss som illustrerer en tidligere kjent fremgangsmåte, fig. 1 is a perspective view illustrating a previously known method,

fig. 2 er et riss i likhet med fig. 1, men illustrerer skjematisk en utførelse av foreliggende oppfinnelse, fig. 2 is a view similar to fig. 1, but schematically illustrates an embodiment of the present invention,

fig. 3 er et oppriss svarende til venstre del av fig. 2, og viser en alternativ utførelse, delvis i snitt etter linjen III - III på fig. 4, fig. 3 is an elevation corresponding to the left part of fig. 2, and shows an alternative embodiment, partly in section along the line III - III in fig. 4,

fig. 4 er et snitt etter linjen IV - IV på fig. 3, og fig. 4 is a section along the line IV - IV in fig. 3, and

fig. 5 er et snitt etter linjen V - V på fig. 2. fig. 5 is a section along the line V - V in fig. 2.

Fig. 1, som illustrerer en tidligere kjent utførelse, viser to rør 1 og 2 med endepartier 3 hhv. 4 som skal forbindes ved hjelp av smisveising. Før de to rør forbindes, blir deres endepartier 3, 4 oppvarmet ved hjelp av høyfrekvent vekselstrøm som tilføres fra en kilde 5 via kontakter 6, 7 til det øvre rør 1 og 8, 9 til det nedre rør 2. Fig. 1, which illustrates a previously known design, shows two pipes 1 and 2 with end parts 3 and 2 respectively. 4 to be connected by means of forge welding. Before the two pipes are connected, their end parts 3, 4 are heated by means of high-frequency alternating current supplied from a source 5 via contacts 6, 7 to the upper pipe 1 and 8, 9 to the lower pipe 2.

Strømtettheten i endepartiene 3, 4 er vist ved linjene 10. Som det fremgår av disse linjer, er strømmen mindre tett midtveis mellom kontaktene 6, 7; 8, 9 og også nær forbindelsene mellom kontaktene og de respektive rørpartier. Disse virkninger fører til utilstrekkelig oppvarmning av de midlere områder og av materialet mellom kontaktparene 6; 8 og 7; 9. The current density in the end parts 3, 4 is shown by the lines 10. As can be seen from these lines, the current is less dense midway between the contacts 6, 7; 8, 9 and also near the connections between the contacts and the respective pipe sections. These effects lead to insufficient heating of the intermediate areas and of the material between the contact pairs 6; 8 and 7; 9.

Ifølge oppfinnelsen er kontaktene 6-9 omplassert som vist på fig. 2, dvs. kontaktene i hvert par 6; 8 og 7; 9 er vist å krysse hverandre i tegningsplanet, som tilsvarer et aksialplan 14 gjennom senterlinjen av rørene 1, 2 og kontaktene (fig. 5). Som vist ved strømtetthetslinjene er problemområdene ved kontaktforbindelsene og de midtre områder sterkt forbedret. På det nåværende tidspunkt forstår man ikke helt hvorfor disse gunstige virkninger oppstår, og vil derfor ikke forsøke noen forklaring her. According to the invention, the contacts 6-9 are relocated as shown in fig. 2, i.e. the contacts in each pair 6; 8 and 7; 9 are shown to intersect each other in the drawing plane, which corresponds to an axial plane 14 through the center line of the pipes 1, 2 and the connectors (fig. 5). As shown by the current density lines, the problem areas at the contact connections and the middle areas are greatly improved. At the present time, it is not fully understood why these beneficial effects occur, and will therefore not attempt any explanation here.

Fig. 3 og 4 viser hvorledes kontaktene 6 og 8 vil kunne utformes for å oppnå krysningseffekten. Kontakten 8 har to adskilte parallelle staver som mellom seg danner en sliss 11 hvorigjennom kontakten 6 strekker seg, mens det mellom kontaktenes kryssende partier dannes en vinkel cx. For å unngå en utilsiktet kortslutning mellom kontaktene i krysningsområdet, vil et isolerende materiale, så som mica, kunne anbringes mellom kontaktene 6 og 8 i slissen 11. Fig. 3 and 4 show how the contacts 6 and 8 can be designed to achieve the crossover effect. The contact 8 has two separate parallel rods which between them form a slot 11 through which the contact 6 extends, while an angle cx is formed between the intersecting parts of the contacts. In order to avoid an accidental short circuit between the contacts in the crossing area, an insulating material, such as mica, could be placed between the contacts 6 and 8 in the slot 11.

Krysning av kontaktene 6, 8 bevirker at oppvarmningen av sonen 12 mellom kontaktene forbedres. Ved å øke vinkelen a, vil oppvarmningen bli intensivert, og det er derfor nødven-dig å bestemme vinkelen ot for hver anvendelse, avhengig av materialsammensetning, rørtykkelse og -diameter, kontakt-avstand og elektriske parametre, for å unngå overopphetning Crossing the contacts 6, 8 causes the heating of the zone 12 between the contacts to improve. By increasing the angle a, the heating will be intensified, and it is therefore necessary to determine the angle ot for each application, depending on the material composition, pipe thickness and diameter, contact distance and electrical parameters, in order to avoid overheating

av sonen 12. of zone 12.

Det er antatt at den lille avstand mellom rørpartiene 3 og 4 medfører en "nærhetseffekt" som holder strømtettheten høy nær fugen mellom rørpartiene. Selv ved kryssende kontakter vil det imidlertid foreligge en viss tendens til at strøm-tettheten blir mindre midtveis mellom de diametralt motstående kontakter 6, 7; 8, 9, som vist på fig. 2. Denne effekt kan skyldes den høye magnetiske permeabilitet i stålrøret og 1 stålverktøy inne i røret, eller en skjerm rundt røret. For å holde strømtettheten høy også i områdene mellom kontaktene, foreslås det ifølge oppfinnelsen å plassere langstrakte ferrittstaver 13 parallelt med rørenes 1, 2 sentrale lengdeakse, nær rørveggen, i de områder hvor, strømtettheten må forbedres, f. eks. som vist på fig. 5.; Ferrittstavene 13 er anordnet symmetrisk om et diametralt aksialplan 14 gjennom rørene og kontaktene 6, 7; 8, 9. Ferrittstaver vil også kunne plasseres utvendig på rørene 1, 2 istedenfor, eller i tillegg til, stavene 13 på innsiden. It is assumed that the small distance between the pipe sections 3 and 4 causes a "proximity effect" which keeps the current density high near the joint between the pipe sections. Even with crossing contacts, however, there will be a certain tendency for the current density to become less midway between the diametrically opposed contacts 6, 7; 8, 9, as shown in fig. 2. This effect may be due to the high magnetic permeability of the steel pipe and 1 steel tool inside the pipe, or a screen around the pipe. In order to keep the current density high also in the areas between the contacts, it is proposed according to the invention to place elongated ferrite rods 13 parallel to the central longitudinal axis of the pipes 1, 2, close to the pipe wall, in the areas where the current density must be improved, e.g. as shown in fig. 5th; The ferrite rods 13 are arranged symmetrically about a diametrical axial plane 14 through the tubes and contacts 6, 7; 8, 9. Ferrite rods can also be placed on the outside of the pipes 1, 2 instead of, or in addition to, the rods 13 on the inside.

Ferrittstavene vil kunne bestå av ferrittpartikler som er sintret i en masse av isolasjonsmateriale. Stavene vil kunne ha et tverrsnitt på ca. 30 x 30 mm og en lengde på ca. 150 mm, når de f.eks. benyttes for sveising av rør med en utvendig diameter på 273 mm og en tykkelse på 12,7 mm. For slike rør, ved anvendelse av en elektrisk energi på 180 kw ved 100 V og en frekvens på 15000 Hz, vil den nødvendige oppvarmning for å smisveise rørene til hverandre kunne oppnås på ca. 3 0 sek. The ferrite rods could consist of ferrite particles sintered in a mass of insulating material. The rods will be able to have a cross-section of approx. 30 x 30 mm and a length of approx. 150 mm, when they e.g. used for welding pipes with an external diameter of 273 mm and a thickness of 12.7 mm. For such pipes, using an electrical energy of 180 kw at 100 V and a frequency of 15,000 Hz, the necessary heating to forge weld the pipes together can be achieved in approx. 3 0 sec.

Det vil forstås at endringer og modifikasjoner vil kunne gjennomføres ved de beskrevne utførelseseksempler uten å> overskride oppfinnelsens ramme, som definert i den etterføl-gende krav. It will be understood that changes and modifications will be possible in the described embodiments without exceeding the scope of the invention, as defined in the subsequent claims.

Claims

1. Method for heating nearby end parts (3, 4) of two pipes (1, 2) which are to be connected by forge welding etc., where two diametrically opposed contacts (6, 7; 8, 9) are attached to each end part, via which contacts each end part (3, 4) is supplied with high-frequency alternating current for resistance heating of the material in the respective end part, where the contacts (6, 7) for one of the pipes (1) are placed close to and mainly in the same axial plane (14) as the contacts (8 , 9) for the second pipe (2), characterized in that the contacts (6, 7) for one pipe

(1) , close to the pipes (1, 2), is arranged to form an angle (a) with the nearby contacts (8, 9) of the other pipe

(2) , so that the projection of the nearby contacts (6, 8 ;

7, 9) on said axial plane (14) cross each other.

2. Method according to claim 1, characterized in that the contacts (6, 7) for one of the pipes (1) are arranged to extend through a slot (11) in the contacts (8, 9) for the other pipe (2).

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that elongated ferrite rods (13) are arranged mainly parallel to the longitudinal axes of the pipes (1, 2), close to the wall of the pipes, in diametrically opposite areas between the contacts (6, 7; 8, 9) ).

4. Method according to claim 3, characterized in that the ferrite rods (13) are arranged both inside and outside the tubes (1, 2).

5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the angle (a) formed between the crossing contacts (6, 8; 7, 9) is adjusted to avoid overheating of the pipe material (12) between the contacts.