RU2003409C1

RU2003409C1 - Apparatus for magnetic-pulse treatment

Info

Publication number: RU2003409C1
Authority: RU
Inventors: Борис Анатольевич Яблочников
Original assignee: Yablochnikov Boris A
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 1992-06-01
Publication date: 1993-11-30

Description

дами проводников, выход щими на второй торец катушки индуктора.the conductors leading to the second end of the inductor coil.

Наиболее надежно места закреплени концов выводов, выход щих на первый торец катушки, располагать на внутренних боковых поверхност х сквозных прорезей в первой металлической шайбе, при этом указанные поверхности должны сходитьс под углом о направлении к катушке, а концы выводов прижиматьс клинь ми, вставленными в прорези и зафиксированными прижимными планками, которые скреплены с упом нутой шайбой со стороны токоподво- д щего фланца.The most reliable places for securing the ends of the leads facing the first end of the coil are to be located on the inner side surfaces of the through slots in the first metal washer, while these surfaces should converge at an angle to the direction to the coil, and the ends of the leads should be pressed with wedges inserted into the slots and fixed clamping strips which are fastened to said washer on the side of the current supply flange.

Благодар этому тонкостенный участок второго электрода полностью исключаетс из разр дного контуоа. а паразитна индуктивность катушки индуктора резко уменьшаетс и перестает зависеть от наружного диаметра катушки поскольку основным геометрическим фактором, определ ющим величину этой индуктивности, становитс только та часть суммарной площади поперечного сечени проводников и изол торов катушки, котора заключена между ее рабочей поверхностью и замыкающей системой. Кроме того, выполнение последней з виде однослойной спиральной катушки с выводами по торцам позвол ет эффективно концентрировать импульсное магнитное поле в зоне обработки малого диаметра. Таким образом , изобретение позвол ет снизить потери энергии в разр дном контуре устройства при обработке трубчатых деталей любых диаметров.As a result, the thin-walled portion of the second electrode is completely excluded from the discharge loop. and the parasitic inductance of the inductor coil decreases sharply and ceases to depend on the outer diameter of the coil since the main geometric factor determining the magnitude of this inductance becomes only that part of the total cross-sectional area of the conductors and insulators of the coil that is enclosed between its working surface and the closing system. In addition, the execution of the latter in the form of a single-layer spiral coil with leads at the ends makes it possible to efficiently concentrate a pulsed magnetic field in the processing zone of small diameter. Thus, the invention allows to reduce energy losses in the discharge circuit of the device during the processing of tubular parts of any diameter.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство , лева половина осевого сечени ; на фиг. 2 - вариант замыкающей системы, выполненной о виде однослойной спиральной катушки, лева половина осевого разреза; на фиг. 3 - вид проводников катушек перед сборкой и фрагмент первой металлической шайбы.In FIG. 1 shows the proposed device, the left half of the axial section; in FIG. 2 - variant of the closing system, made about the form of a single-layer spiral coil, the left half of the axial section; in FIG. 3 is a view of the conductors of the coils before assembly and a fragment of the first metal washer.

Устройство дл магнитно-импульсной обработки содержит (см. фиг. 1) конденсаторную батарею 1, состо щую из нескольких секций, расположенных симметрично относительно центральной оси устройства. Первые выводы секций батареи соединены с кра ми первой центральной шины 2, имеющей центральное установочное отверстие большого диаметра, ограниченное конусной поверхностью. С шиной 2 скреплено прижимное кольцо 3, которое с клиновидными металлическими вкладышами 4 образует надежный контактный зажим дл закреплени токоподвод щего фланца 5.The device for magnetic pulse processing comprises (see Fig. 1) a capacitor bank 1 consisting of several sections located symmetrically with respect to the central axis of the device. The first terminals of the battery sections are connected to the edges of the first central tire 2 having a central mounting hole of large diameter bounded by a conical surface. A clamping ring 3 is fastened to the tire 2, which forms a reliable contact clamp with wedge-shaped metal inserts 4 to secure the current-carrying flange 5.

Вторые выеоды секций батареи соединены с кра ми «торой центральной шины б, также имеющей центральное установочноеThe second outputs of the battery sections are connected to the edges of the second central bus b, also having a central mounting

отверстие большого диаметра, ограничен ное конусной поверхностью. По краю этою отверсти выполнен р д небольших отверстий дл размещени крепежных болтов 7, 5 соедин ющих шину 6 с первым главным электродом 8 вакуумной разр дной камеры Электрод снабжен внутренним кольцевым выступом, на котором локализуетс кольцевой канал электродугового разр да в про0 цессе функционировани устройстваa large diameter hole bounded by a conical surface. A number of small holes are made along the edge of this hole to accommodate the fixing bolts 7, 5 connecting the bus 6 to the first main electrode 8 of the vacuum discharge chamber. The electrode is provided with an internal annular protrusion on which the annular arc discharge channel is localized during the operation of the device

Межэлектродный кольцевой изол тор 9 отдел ет электрод 8 от второго лавногс электрода 10, имеющего форму стакана с центральным отверстием большого диэ5 метра в донной части. Внутренний высгуп электрода 8 расположен напротив катушки индуктора, а толщина стенки электрода 10 о этой области имеет минимальную величину . Выполнение указанных требова0 ний необходимо дл обеспечени оптимальных условий формировани ази- мутально-однородного разр да.The interelectrode ring insulator 9 separates the electrode 8 from the second avalanche electrode 10, which has the shape of a cup with a central hole of a large 5-meter diameter in the bottom. The internal gap of the electrode 8 is located opposite the inductor coil, and the wall thickness of the electrode 10 about this area has a minimum value. The fulfillment of these requirements is necessary to ensure optimal conditions for the formation of an azimuthally uniform discharge.

Верхн часть индуктора образована первой металлической шайбой 11 и первойThe upper part of the inductor is formed by the first metal washer 11 and the first

5 диэлектрической шайбой 12 Сквозь р д отверстий в этих шайбах проход т электропроводные стержни 13, первые концы которых соединены с токоподвод щим фланцем 5, изолированным от шайбы 11.5 with a dielectric washer 12. Electrically conductive rods 13 pass through a series of holes in these washers, the first ends of which are connected to a current-carrying flange 5 isolated from the washer 11.

0 Диэлектрическа шайба 12 исполн ет не только роль изол тора, но и обеспечивает достаточно большое рассто ние между металлической шайбой 11 и катушкой, которое необходимо дл ослаблени электромагнит5 ной св зи между ними.0 The dielectric washer 12 not only plays the role of an insulator, but also provides a sufficiently large distance between the metal washer 11 and the coil, which is necessary to weaken the electromagnetic coupling between them.

Плоские проводники 14 катушки индуктора выполнены по меньшей мере в виде равных секторных частей кольцевых дисков (см. фиг, 3), изогнуты по винтовой линии иThe flat conductors 14 of the inductor coil are made at least in the form of equal sector parts of the annular disks (see FIG. 3), are curved along a helix and

0 собраны в многозаходную спираль изолированно друг от друга. Выводы 15 и 15 изготовлены по кра м проводников 14 около их радиальных образующих в непосредственной близости от внутренней образующей их0 are assembled in a multi-helix in isolation from each other. Conclusions 15 and 15 are made along the edges of the conductors 14 near their radial generators in the immediate vicinity of their inner generatrix

5 окружности При сборке индуктора они отгибаютс под пр мым углом к торцам катушки и разворачиваютс по окружности торцов на равные углы по отношению к выводам соседних проводников.5 circles When assembling the inductor, they bend at a right angle to the ends of the coil and turn around the circumference of the ends at equal angles with respect to the terminals of adjacent conductors.

0 Дл соединени выводов 15 с шайбой 11 в последней выполнены прорези с боковыми поверхност ми, сход щимис под углом по направлению к катушке. При необходимости соответствующие прорези делаютс 0 To connect the terminals 15 to the washer 11, slots with lateral surfaces are made in the latter, converging at an angle towards the coil. If necessary, appropriate slots are made

5 и в диэлектрической шайбе 12 дл прокл д- ки выводов 15. Концы последних прижаты к одной из боковых поверхностей прорезей в шайбе 11с помощью металлических клиньев 16, вставленных в прорези и зафиксированных прижимными планками 17,5 and in the dielectric washer 12 for routing the terminals 15. The ends of the latter are pressed against one of the side surfaces of the slots in the washer 11 using metal wedges 16 inserted into the slots and fixed by clamping bars 17,

скрепленными с шайбой 11 со стороны фланца 5.fastened with a washer 11 from the side of the flange 5.

Прижимное кольцо 18, скрепленное с фланцем 5, клиновидные электропроводные вкладыши 19 и первое промежуточное кольцо 20 обеспечивают соединение первых выводов 21 проводников 22 замыкающей системы, выполненной в виде однослойной спиральной катушки, В данном случае катушка собрана из плоских проводников 22 (см. фиг. 3) по тем же принципам , как и описанна выше катушка индуктора . Различие заключаетс только в том, что выводы 21 изготовлены на внешней образующей окружности проводников.The clamping ring 18, fastened to the flange 5, the wedge-shaped electrically conductive liners 19 and the first intermediate ring 20 provide the connection of the first conclusions 21 of the conductors 22 of the closing system, made in the form of a single-layer spiral coil. ) by the same principles as the inductor coil described above. The only difference is that the leads 21 are made on the outer circumference of the conductors.

В промежуточном.кольце 20 выполнен канал 23 дл пропускани охлаждающей среды, например воды. Принудительное охлаждение замыкающей катушки за счет интенсификации теплоотоода через выводы 21 в кольцо 20 необходимо при напр женных режимах работы устройства. На торцах замыкающей катушки расположены шайбы 24, 25 и 24, 25, причем шайбы 25, 25 должны быть об зательно диэлектрическими, тогда как шайбы 24, 24 могут быть и металлическими (см. фиг. 2). По оси замыкающей катушки расположена обрабатываема деталь 26.In the intermediate ring 20, a channel 23 is provided for passing a cooling medium, for example water. Forced cooling of the closing coil due to the intensification of the heat sink through the terminals 21 to the ring 20 is necessary under intense operating conditions of the device. Washers 24, 25 and 24, 25 are located at the ends of the closing coil, and the washers 25, 25 must be necessarily dielectric, while the washers 24, 24 can also be metal (see Fig. 2). The machined part 26 is located along the axis of the closing coil.

В нижней части устройства между вторыми выводами 21 проводников 22 замыкающей катушки и вторыми выводами 15 проводников 14 катушки индуктора находитс торое промежуточное кольцо 27 с каналом 28 дл пропускани охлаждающей жидкости. Это кольцо опираетс на диэлектрическое кольцо 29, позвол ющее концентрировать усилие осевого сжати катушки индуктора на ее внутреннюю область, что происходит при .закреплении выводов 15 клиновидными вкладышами 30 и прижимным кольцом 31.In the lower part of the device between the second terminals 21 of the conductors 22 of the closing coil and the second terminals 15 of the conductors 14 of the inductor coil there is a second intermediate ring 27 with a channel 28 for passing coolant. This ring rests on a dielectric ring 29, which makes it possible to concentrate the axial compression force of the inductor coil on its inner region, which occurs when the terminals 15 are secured by wedge-shaped inserts 30 and the clamping ring 31.

Втора металлическа шайба 32 отделена от проводников 14 катушки индуктора диэлектрической шайбой 33 и изолирована от электропроводных стержней 13 диэлектрическими шайбами 34, 35. Усилие предва- рительного осевого сжати катушки индуктора создаетс при завинчивании гаек начст жках 13. Электроизолированные болты 3G скрепл ют индуктор с электродом 10. обеспечива при этом надежный контакт между конусными поверхност ми этого электрода и наружного крап шайбы 11.The second metal washer 32 is separated from the conductors 14 of the inductor coil by a dielectric washer 33 and isolated from the conductive rods 13 by dielectric washers 34, 35. The axial compression of the inductor coil is created by tightening the nuts on the openings 13. The electrically insulated 3G bolts fasten the inductor with the electrode 10 while ensuring reliable contact between the conical surfaces of this electrode and the outer crap of the washer 11.

Корпус 37 разр дной камеры имеет патрубок 38 дл соединени с вакуумной системой (на чертеже не показана) и отверсти дл размещени поджигающих электродов 39. располагаемых симметрично с двух противоположных сторон. Этот корпус можетThe housing 37 of the discharge chamber has a nozzle 38 for connecting to a vacuum system (not shown in the drawing) and an aperture for receiving the ignition electrodes 39. located symmetrically on two opposite sides. This case may

быть изготовлен как из диэлектрика, так и из металла. В последнем случае должны использоватьс дополнительные детали дл изол ции электродов 8, 10 вместе или. поbe made of both dielectric and metal. In the latter case, additional parts should be used to isolate the electrodes 8, 10 together or. by

отдельности от корпуса 37. На фиг. 1 показан корпус 37 из диэлектрика, например из керамики, в св зи с чем вопросы изол ции не возникают. Герметизирующие прокладки между детал ми разр дной камеры обоз0 начены черными пр моугольниками.separate from the housing 37. In FIG. 1 shows a housing 37 made of a dielectric, for example ceramic, in connection with which isolation issues do not arise. Sealing gaskets between the parts of the discharge chamber are marked with black rectangles.

В описанном варианте устройства наиболее высокие требовани по механической прочности предъ вл ютс -к замыкающей катушке, поскольку именно она исполн етIn the described embodiment of the device, the highest requirements for mechanical strength are imposed on the closing coil, since it is it that fulfills

5 роль рабочего инструмента,5 role of the working tool,

На фиг. 2 показан наиболее прочный вариант замыкающей системы с однослойной катушкой. Он помимо катушки и диэлектрических шайб 25 включает р дIn FIG. Figure 2 shows the most durable version of a closing system with a single-layer coil. It in addition to the coil and dielectric washers 25 includes a number of

0 электроизолированных ст жек 40, металлические шайбы 41 с увеличенными внутренними диаметрами дл размещени упЪрных втулок 42 и центральные диэлектрические шайбы 43. Сильное предварительное осевое0 electrically insulated stitches 40, metal washers 41 with enlarged inner diameters to accommodate the bushings 42 and central dielectric washers 43. Strong pre-axial

5 сжатие области катушки, непосредственно прилегающей к ее рабочей поверхности, повышает механическую стойкость катушки.5, the compression of the coil region immediately adjacent to its working surface increases the mechanical resistance of the coil.

Место соединени выводов 15с шайбой 11 может находитьс практически в любойThe junction of the terminals 15c with the washer 11 can be located in almost any

0 области шайбы 11, в частности на минимальном рассто нии от внутренней образующей проводников 14 (см. фиг. 3 поз. 44). Последнее позвол ет значительно снизить паразитную индуктивность устройства. Кро5 метого, прорези в шайбах 11 и 12 могут быть ориентированы на плоскости любым образом , следовательно по вл етс возможность и любой ориентации выводов относительно образующих проводников 14.0 of the region of the washer 11, in particular, at a minimum distance from the inner generatrix of the conductors 14 (see Fig. 3, item 44). The latter can significantly reduce the parasitic inductance of the device. Of course, the slots in the washers 11 and 12 can be oriented in the plane in any way, therefore, the possibility of any orientation of the terminals relative to the forming conductors 14 also appears.

0 Например, возможна ориентаци выводов 15 по нормали к радиальным образующим проводников 14. как показано на фиг. 3 штриховой линией.0 For example, it is possible that the terminals 15 are oriented normal to the radial generators of the conductors 14. as shown in FIG. 3 dashed line.

Использование рассмотренного вари5 анта устройства тем эффективнее, чем меньше диаметр обрабатываемой детали 26. Если же диаметр последней больше 60 мм. то целесообразно использовать вариант устройства с другой замыкающей системой,The use of the considered device variant is more effective, the smaller the diameter of the workpiece 26. If the diameter of the latter is more than 60 mm. it is advisable to use a variant of the device with another locking system,

0 который также может быть описан с использованием фиг. 1. Этот вариант базируетс на использовании электропроводных стержней 13 и реализуетс просто, дл чего следует убрать фланец 18, вкладыши 19. кольцо0 which can also be described using FIG. 1. This option is based on the use of electrically conductive rods 13 and is implemented simply by removing flange 18, inserts 19. ring

5 21, шайбы 24, 24, 25, 25 и замыкающую катушку из проводников 22 с выводами 21, 21. В зависимости от особенностей обрабатываемой детали 26 кольцо 27 может быть оставлено или заменено на кольцо другой формы. Вводитс только один новый элемент - это металлическое кольцо с радиальными разрезами вместо диэлектрической шайбы 35, с которой это кольцо имеет одинаковую форму. В результате такой замены обеспечиваетс соединение вторых концов стержней 13 со второй металлической шайбой 32 и далее - с выводами 15 проводников 14 катушки индуктора.5 21, washers 24, 24, 25, 25 and a closing coil of conductors 22 with leads 21, 21. Depending on the characteristics of the workpiece 26, ring 27 can be left or replaced with a ring of a different shape. Only one new element is introduced - this is a metal ring with radial cuts instead of a dielectric washer 35, with which this ring has the same shape. As a result of this replacement, the second ends of the rods 13 are connected to the second metal washer 32 and then to the terminals 15 of the conductors 14 of the inductor coil.

Вакуумна система, схемы питани и управлени вл ютс типовыми дл устройств подобного рода.Vacuum systems, power and control circuits are typical of devices of this kind.

Устройство с первым вариантом замыкающей системы работает следующим образом (см, фиг. 1). Через патрубок 38 производитс непрерывна откачка разр дной камеры до остаточного давлени пор дка 10 Па. В зоне обработки размещаетс обрабатываема деталь 26, после чего конденсаторна батаре зар жаетс до рабочего напр жени , что означает готовность устройства к выполнению операции магнитно-импульсной обработки детали 26. На поджигающие электроды 39 подаетс высоковольтный импульс из схемы управлени , который приводит к маломощному искровому разр ду между электродами 39 и металлическими детал ми разр дной камеры. Этот разр д инициирует мощный электродуговой разр д между главными электродами 8, 10. В результате начинает протекать ток по разр дному контуру, включающему батаре 1, шина 2, вкладыши 4, фланец 5, вкладыши 19, кольцо 20, выводы 21, проводники 22, выводы 2Г, кольцо 27, выводы 15. проводники 14. выводы 15, шайба 11, электрод 10. разр д в межэлектродном зазоре, электрод 8. шина 6 и вновь батаре 1.A device with a first embodiment of a closing system operates as follows (see, Fig. 1). Through the pipe 38, the discharge chamber is continuously evacuated to a residual pressure of the order of 10 Pa. The workpiece 26 is placed in the processing zone, after which the capacitor bank is charged to the operating voltage, which means the device is ready to perform the magnetic pulse processing of the part 26. A high-voltage pulse is supplied from the control circuit to the ignition electrodes 39, which leads to a low-power spark discharge between the electrodes 39 and the metal parts of the discharge chamber. This discharge initiates a powerful electric arc discharge between the main electrodes 8, 10. As a result, current begins to flow along the discharge circuit, including the battery 1, bus 2, bushings 4, flange 5, bushings 19, ring 20, terminals 21, conductors 22, terminals 2G, ring 27, terminals 15. conductors 14. terminals 15, washer 11, electrode 10. discharged in the electrode gap, electrode 8. bus 6 and again battery 1.

Claims

1. DEVICE FOR MAGNETIC-PULSE PROCESSING, comprising a capacitor bank connected to the edges of flat central buses. having central mounting holes, a current-carrying flange in contact with the first central bus along the perimeter of the mounting hole, a vacuum discharge chamber with two main ring-shaped electrodes, the first of which is in contact with the second central bus along the perimeter of the mounting hole and provided with an inner annular protrusion and is located with an annular gap with respect to the mentioned step and has a minimum wall thickness in the region of the latter, as well as an inductor located inside the second electrode, with metal and dielectric end washers and a coil of flat

In the coils, the flowing current occupies pulsed magnetic poles, which add up if, when assembling the coils, the directions of elevation of the helical lines along which the conductors 14 and 22 were bent were opposite. Obviously, the coil system made only in this way makes practical sense. The inner part of the magnetic field deforms

the part 25, and its outer part, penetrating through the thin wall of the electrode 10, distributes the discharge evenly around the perimeter of the annular interelectrode gap. The duty cycle ends with the attenuation of the currents in the discharge circuit.

The device with the second version of the closing system works in the same way, only the bit circuit includes the following elements: battery 1, bus 2,

inserts 4, flange 5, rods 13, metal radially cut rings, replacement washers 35, washer 32. liners 30, leads 15, conductors 14, washer 11, electrode 10, discharge in the interelectrode gap, electrode 8, bus 6 and again, battery 1. Particularly significant positive effect when using this invention for the treatment of pipes of small diameters. For example, with a diameter of 15 mm, the reconstruction of the prototype of the first embodiment of the invention gives an increase in the amplitude of the magnetic field in the treatment area of about 40%.

(56) Yablochnikov B.A. Installations for magnetic-pulse welding of thin-walled pipes of large diameters // Automatic, welding. 1983, No. 4, p. 48-51.58).

isolated conductors

made at least in the form of equal sector parts of annular disks bent along a helical line, assembled into a multi-helix and having leads along the edges near the radial generators, bent at right angles to the ends of the coil and turned around the ends to lateral angles with respect to the leads of adjacent conductors, characterized in that the outputs of the coil conductors are made in close proximity to the inner circumference of them, the ends of the leads facing the first end of the coil are fixed to the first metal a personal washer located near the current-carrying flange isolated from it, the outer edge of the washer is connected to the second electrode, and between the leads of the conductors facing the second end of the coil and the current-carrying

flange mounted. closing system.

2. A device according to claim 1, characterized in that the closing system is made in the form of a single-layer spiral coil with leads at the ends.

3. The device according to claim 1. characterized in that the closing system is made in the form of electrically conductive rods passing through holes in the inductor isolated from the conductors of its coil and from the first metal washer, while the first ends of the rods are in contact with the current-carrying flange, and their second ends are connected to the second metal

a washer in contact with the leads of the conductors facing the second end of the inductor coil.

4. The device according to claim 1, characterized

the fact that the places of fastening of the ends of the terminals facing the first end of the coil are located on the inner side surfaces of the through slots in the first metal washer, wherein

the surfaces converge at an angle towards the coil, and the ends of the terminals are pressed with wedges inserted in the slots and fixed by pressure bars which are fastened to the washer on the side of the current supply flange.

FIG. 2

Riga 5