RU2113072C1 - Method for concentrating current on working surface of inductor - Google Patents

Method for concentrating current on working surface of inductor Download PDF

Info

Publication number
RU2113072C1
RU2113072C1 RU96122109/09A RU96122109A RU2113072C1 RU 2113072 C1 RU2113072 C1 RU 2113072C1 RU 96122109/09 A RU96122109/09 A RU 96122109/09A RU 96122109 A RU96122109 A RU 96122109A RU 2113072 C1 RU2113072 C1 RU 2113072C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inductor
current
working surface
working
ribbed
Prior art date
Application number
RU96122109/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96122109A (en
Inventor
Ю.А. Зайченко
Г.К. Щериканов
А.А. Горшков
Original Assignee
Инженерный центр "Сплав"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Инженерный центр "Сплав" filed Critical Инженерный центр "Сплав"
Priority to RU96122109/09A priority Critical patent/RU2113072C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2113072C1 publication Critical patent/RU2113072C1/en
Publication of RU96122109A publication Critical patent/RU96122109A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: high-frequency current engineering and associated devices; induction build-up of parts for all industries. SUBSTANCE: for concentrating current on working surface of inductor, its nonworking surfaces are ribbed by means of wire soldered onto them; parameters of ribbed surfaces satisfy condition a > 0, b > 0, c > 0, where a is rib height; b is rib width; c is rib-to-rib distance, remembering that 0 is assumed as working surface roughness. EFFECT: enlarged functional capabilities. 7 dwg

Description

Изобретение относится к области техники и приборов токов высокой частоты и может быть использовано для индукционной наплавки изделий во всех отраслях народного хозяйства. The invention relates to the field of technology and devices of high frequency currents and can be used for induction surfacing of products in all sectors of the economy.

Известны способы концентрации тока в индуктирующем проводе:
- кольцевой эффект (встречных токов), при котором токи противоположного направления, протекающие в рядом идущих проводниках, смещаются, концентрируясь на ближайшие друг к другу поверхности ветвей индуктора (см. кн. А.Е. Слухотский, С. Е. Рыскин. Индукторы для индукционного нагрева. Л.: Энергия, 1974, с.17);
- эффект параллельных токов, заключающийся в концентрации вытесненных токов высокой частоты одного направления на максимально удаленные поверхности проводника (см. кн. Е.Н. Николаев, И.М. Коротин. Термическая обработка металлов токами высокой частоты. М.: Высшая школа, 1984, с. 62, рис. 46, b);
- эффект магнитопроводов позволяет влиять на концентрацию тока, изменяя распределение индукционного тока на поверхности индуктора (см. кн. А.Е. Слухотский, С. Е. Рыскин. Индукторы для индукционного нагрева. Л.: Энергия, 1974, с.106).
Known methods of concentration of current in an induction wire:
- ring effect (counter currents), in which currents of the opposite direction, flowing in adjacent conductors, are displaced, concentrating on the surfaces of the inductor branches closest to each other (see book A.E. Slukhotsky, S. E. Ryskin. Inductors for induction heating. L .: Energy, 1974, p.17);
- the effect of parallel currents, which consists in the concentration of displaced high-frequency currents of one direction on the most remote surface of the conductor (see the book. EN Nikolaev, IM Korotin. Heat treatment of metals with high-frequency currents. M: Higher school, 1984 , p. 62, Fig. 46, b);
- the effect of the magnetic circuit allows you to influence the current concentration by changing the distribution of the induction current on the surface of the inductor (see book. A.E. Slukhotsky, S.E. Ryskin. Inductors for induction heating. L .: Energia, 1974, p.106).

Однако, анализируя работу различных эффектов, разработчики Инженерного центра "Сплав" через разработку новых видов индукторов пришли к решению вопроса о концентрации электромагнитной энергии в заданном по технологии направлении. However, analyzing the operation of various effects, the developers of the Engineering Center "Alloy" through the development of new types of inductors came to the solution of the question of the concentration of electromagnetic energy in the direction given by the technology.

Известен способ односторонней непрерывно-последовательной индукционной наплавки [1] , заключающийся в том, что индуктирующий провод в сечении выполняют в виде капли, обращенной узкой частью к наплавляемой поверхности, ось симметрии которой наклоняют к упомянутой поверхности под углом 25-115oC, а ось симметрии каплевидного сечения индуктирующего проводника наклоняют к наклоняемой поверхности под углом 45o.The known method of one-sided continuous sequential induction surfacing [1], which consists in the fact that the induction wire in cross section is made in the form of a droplet facing a narrow part to the surfaced surface, the axis of symmetry of which is inclined to the said surface at an angle of 25-115 o C, and the axis the symmetry of the drop-shaped cross section of the induction conductor is inclined to the inclined surface at an angle of 45 o .

Недостатком способа является то, что, соблюдая правило кольцевого эффекта, заявителю удалось за счет перераспределения энергии в сечении рабочего витка сконцентрировать токи по рисунку проводника на рабочей и тыловой сторонах сечения, поэтому значительная часть тока остается на нерабочей поверхности, а не на заданных участках индуктора, что снижает эффект взаимодействия индуктора с деталью и увеличивает время нагрева последней. The disadvantage of this method is that, observing the rule of the ring effect, the applicant was able, due to the redistribution of energy in the cross section of the working coil, to concentrate the currents along the pattern of the conductor on the working and rear sides of the cross section, so a significant part of the current remains on the idle surface, and not on the specified sections of the inductor, which reduces the effect of the interaction of the inductor with the part and increases the heating time of the latter.

За прототип выбран способ концентрации тока на рабочей поверхности индуктора [2], при котором петлевой водоохлаждаемый токопровод выполняют с дополнительными электропроводимыми пластинами, приваренными к токопроводу в поперечном направлении. For the prototype, a method was selected for concentration of current on the working surface of the inductor [2], in which a loop water-cooled current lead is performed with additional electrically conductive plates welded to the current lead in the transverse direction.

Однако недостатком прототипа является то, что ребра-пластины приварены к тоководу в поперечном направлении, а толщина пластин должна быть не менее удвоенной глубины проникновения тока в материал пластины. Это обстоятельство определяет ограниченное использование такого способа концентрации тока только под пластическую деформацию и термообработку, но не может быть использовано при индукционной наплавке в широком диапазоне, что снижает технологические возможности способа в целом. However, the disadvantage of the prototype is that the ribs of the plate are welded to the current guide in the transverse direction, and the thickness of the plates should be at least twice the depth of penetration of current into the plate material. This circumstance determines the limited use of this method of current concentration only for plastic deformation and heat treatment, but cannot be used for induction surfacing in a wide range, which reduces the technological capabilities of the method as a whole.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей при эффективном использовании токов высокой частоты. The purpose of the invention is the expansion of technological capabilities with the efficient use of high frequency currents.

Поставленная цель достигается тем, что при известном способе концентрации тока на рабочей поверхности индуктора, при котором удлиняют путь прохождения тока высокой частоты на нерабочих поверхностях индуктора посредством формирования их в виде ребристых поверхностей в поперечном направлении относительно движения тока, причем ребристую поверхность образуют из проволоки, напаивают на нерабочие поверхности индуктора, при этом параметры ребристых поверхностей удовлетворяют условию: a > 0, b > 0, c > 0, где a - высота ребра; b - ширина ребра; c - расстояние между ребрами, принимая во внимание, что за ноль принята неровность рабочей поверхности индуктора. This goal is achieved by the fact that with the known method of concentration of current on the working surface of the inductor, in which the path of the passage of high-frequency current on non-working surfaces of the inductor is lengthened by forming them in the form of ribbed surfaces in the transverse direction relative to the current flow, and the ribbed surface is formed of wire on non-working surfaces of the inductor, while the parameters of the ribbed surfaces satisfy the condition: a> 0, b> 0, c> 0, where a is the height of the rib; b is the width of the ribs; c is the distance between the ribs, taking into account that the roughness of the working surface of the inductor is taken as zero.

На фиг. 1 изображен односторонний индуктор; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - кольцевой индуктор для наплавки внутренних поверхностей цилиндрических изделий; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 5; на фиг. 7 - разрез Ж-Ж на фиг. 6. In FIG. 1 shows a one-way inductor; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one; in FIG. 3 - section BB in FIG. one; in FIG. 4 is a section BB of FIG. one; in FIG. 5 - ring inductor for surfacing the inner surfaces of cylindrical products; in FIG. 6 is a section GG in FIG. 5; in FIG. 7 - section FJ in FIG. 6.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. The proposed method is implemented as follows.

В зависимости от изделия, подлежащего индукционной наплавке, изготавливают индуктор: для плоских поверхностей - односторонний (см. фиг. 1), для цилиндрических - кольцевые (см. фиг. 5). Независимо от формы, каждый индуктор имеет рабочую поверхность (Д) и нерабочую (Е). Рабочая поверхность D при работе индуктора находится на величину зазора h от нагреваемого изделия (см. фиг. 2, 7). Depending on the product subject to induction surfacing, an inductor is made: for flat surfaces - one-sided (see Fig. 1), for cylindrical surfaces - annular (see Fig. 5). Regardless of the shape, each inductor has a working surface (D) and a non-working one (E). The working surface D during operation of the inductor is at a gap value h from the heated product (see Fig. 2, 7).

Для того, чтобы сконцентрировать токи на рабочей поверхности D индуктора, необходимо осуществить перераспределение токов в проводнике, используя различие полных сопротивлений

Figure 00000002

где
Z - полное сопротивление;
R - активное сопротивление;
X - реактивное сопротивление.In order to concentrate the currents on the working surface D of the inductor, it is necessary to redistribute the currents in the conductor using the difference in the total resistances
Figure 00000002

Where
Z is the impedance;
R is the active resistance;
X is the reactance.

Поверхности D и E представляют собой параллельную электрическую цепь, где поверхность E имеет (Z1), а поверхность D (Z2).Surfaces D and E are a parallel electrical circuit, where surface E has (Z 1 ) and surface D (Z 2 ).

Используем первое правило Киргофа

Figure 00000003

Из этого условия видно, что чем больше сопротивление, тем меньше ток.We use the first Kirgoff rule
Figure 00000003

From this condition it is seen that the greater the resistance, the less current.

Таким образом создаем условия меньшего сопротивления тока на проводнике со стороны нагреваемой детали (поверхность Д). Thus, we create conditions of lower current resistance on the conductor from the side of the heated part (surface D).

Известно, что

Figure 00000004

где
ρ - удельное сопротивление материала;
R - активное сопротивление;
l - длина пути тока;
S - поперечное сечение токопроводящего слоя.It is known that
Figure 00000004

Where
ρ is the resistivity of the material;
R is the active resistance;
l is the current path length;
S is the cross section of the conductive layer.

Для увеличения сопротивления R на нерабочей поверхности E (см. фиг. 2, 3) необходимо увеличить путь прохождения ТВЧ по нерабочим поверхностям. Для этого нерабочие поверхности формируют в виде ребристой поверхности с помощью прокатки (см. фиг. 2) или наплавки проволоки (см. фиг. 7) в поперечном направлении относительного движения тока. В связи с этим идет перераспределение тока по поверхностям индуктора, он как в магнитопроводе начинает концентрироваться на поверхности, где полное сопротивление меньше, т.е. на поверхности (D). To increase the resistance R on the non-working surface E (see Fig. 2, 3), it is necessary to increase the path of the HDTV along non-working surfaces. For this, non-working surfaces are formed in the form of a ribbed surface by rolling (see Fig. 2) or surfacing of the wire (see Fig. 7) in the transverse direction of the relative current flow. In connection with this, there is a redistribution of current on the surfaces of the inductor; it, as in a magnetic circuit, begins to concentrate on a surface where the impedance is less, i.e. on the surface (D).

Таким образом при любой неровности поверхности длина пути тока увеличивается и, следовательно, увеличивается сопротивление, а ток стремится перераспределиться на участок с меньшим сопротивлением, т.е. на рабочую поверхность D. Thus, for any surface roughness, the length of the current path increases and, therefore, the resistance increases, and the current tends to redistribute to the section with lower resistance, i.e. on the working surface D.

Обозначив параметры ребристой поверхности через: a - высота ребра, b - ширина ребра, c - расстояние между ребрами (см. фиг. 2, 7), оптимальными условиями для прохождения тока с увеличением его пути должно выполняться условие, при котором a > 0, b > 0, c > 0, принимая в расчет, что за ноль принята неровность рабочей поверхности. Denoting the parameters of the ribbed surface by: a is the height of the rib, b is the width of the rib, c is the distance between the ribs (see Fig. 2, 7), the optimal conditions for the passage of current with increasing its path should be satisfied, under which a> 0, b> 0, c> 0, taking into account that the unevenness of the working surface is taken as zero.

Кроме того, был обнаружен второй вариант концентрации тока на рабочей поверхности D. In addition, a second variant of current concentration on the working surface D. was discovered.

Исходя опять же из условия

Figure 00000005

разработчики использовали материал с удельным сопротивлением, например сталь X18H9T, ρ = 0,14 и выполнили из нее нерабочие поверхности, а из меди c = 0,017 - рабочую поверхность. Таким образом, опять наблюдалось вытеснение токов на рабочую поверхность D. Причем толщина токопроводящих поверхностей должна быть не менее глубины проникновения тока.Again, based on the condition
Figure 00000005

the developers used a material with resistivity, for example, X18H9T steel, ρ = 0.14 and made non-working surfaces from it, and c = 0.017 made of copper, the working surface. Thus, current displacement to the working surface D was again observed. Moreover, the thickness of the conductive surfaces should be no less than the current penetration depth.

Пример 1. Наплавлялась плоская заготовка из материала Ст. 45. Размеры 1000 x 800 мм толщиной 20 мм. Изготовили индуктор из меди М3, труба квадратного сечения 7x4, толщиной 1 мм=200 мм. Посредством проволоки диаметром 2,5 мм ее напаивали с шагом 2,5x2,5 мм на нерабочие поверхности по длине L = 100 мм на ветвях индуктора, причем оставляя открытой одну из поверхностей индуктора, называемых рабочей (см. фиг. 2, 3, 4), обращенной к наплавляемой детали. Example 1. Surfaced flat blank of material 45. Dimensions 1000 x 800 mm, thickness 20 mm. An inductor was made of M3 copper, a 7x4 square tube, 1 mm thick = 200 mm. By means of a wire with a diameter of 2.5 mm, it was soldered with a pitch of 2.5x2.5 mm onto non-working surfaces along the length L = 100 mm on the branches of the inductor, while leaving one of the surfaces of the inductor, called the working one, open (see Fig. 2, 3, 4 ) facing the weldment.

В работе использовали генератор ВЧГ 9-6/0,44 с рабочей частотой 440 кГц, зазор между индуктором и деталью h = 4 мм, температура нагрева 20-1300oC, время нагрева составило 5 с.In our work, we used a VCG generator 9-6 / 0.44 with an operating frequency of 440 kHz, the gap between the inductor and the part h = 4 mm, the heating temperature was 20–1300 ° C, and the heating time was 5 s.

При нагреве той же заготовки индуктором, имеющим в сечении каплевидную форму, время нагрева составило 8,5-10 с. When heating the same workpiece with an inductor having a drop-shaped cross section, the heating time was 8.5-10 s.

Пример 2. Для наплавки внутренней поверхности втулки диаметром 70 мм, толщиной 4 мм и высотой 100 мм был изготовлен кольцевой индуктор (см. фиг. 5, 6, 7), внутреннее кольцо которого равно 62 мм, выполненное из медной трубки диаметром 7 мм, толщина трубки 1 мм. Проволоку диаметром 2,5 мм с шагом 2,5 мм намотали и припаяли на трубку, а затем поверхность, обращенную к детали, зачистили до трубки. Example 2. For surfacing the inner surface of the sleeve with a diameter of 70 mm, a thickness of 4 mm and a height of 100 mm, a ring inductor was made (see Fig. 5, 6, 7), the inner ring of which is 62 mm, made of a copper tube with a diameter of 7 mm, tube thickness 1 mm. A wire with a diameter of 2.5 mm was wound with a pitch of 2.5 mm and soldered to the tube, and then the surface facing the part was cleaned to the tube.

В работе использовали генератор ВЧГ 9-6/0,44 с рабочей частотой 440 кГц. Зазор между индуктором и деталью составил 4 мм. Температура нагрева составила от 20 до 700oC с дальнейшим ростом до 1200oC. Время нагрева составило 5 с. При наплавке такой же втулки кольцевым индуктором традиционной конструкции нагрев составил 60 с.A VCG 9-6 / 0.44 generator with an operating frequency of 440 kHz was used in the work. The gap between the inductor and the part was 4 mm. The heating temperature was from 20 to 700 o C with a further increase to 1200 o C. The heating time was 5 s. When surfacing the same sleeve with a ring inductor of a traditional design, the heating was 60 s.

Использование предложенного способа концентрации тока на рабочей поверхности индуктора позволяет образовывать ребристые поверхности индуктора из проволоки, которую напаивают на нерабочие поверхности индуктора, расширяя тем самым технологические возможности эффективного использования токов высокой частоты. Using the proposed method of concentration of current on the working surface of the inductor allows you to form ribbed surfaces of the inductor from a wire that is soldered to the inoperative surfaces of the inductor, thereby expanding the technological capabilities of the efficient use of high frequency currents.

Claims (1)

Способ концентрации тока на рабочей поверхности индуктора, при котором удлиняют путь прохождения тока высокой частоты на нерабочих поверхностях индуктора посредством формирования их в виде ребристых поверхностей в поперечном направлении относительно движения тока, отличающийся тем, что ребристую поверхность образуют из проволоки, которую напаивают на нерабочие поверхности индуктора, при этом параметры ребристых поверхностей удовлетворяют условию
a > 0, b > 0, c > 0,
где a - высота ребра;
b - ширина ребра;
c - расстояние между ребрами,
принимая во внимание, что за ноль принята неровность рабочей поверхности индуктора.
The method of concentration of current on the working surface of the inductor, in which the path of the passage of high-frequency current on non-working surfaces of the inductor is lengthened by forming them in the form of ribbed surfaces in the transverse direction relative to the current flow, characterized in that the ribbed surface is formed from a wire that is soldered onto the non-working surfaces of the inductor , while the parameters of the ribbed surfaces satisfy the condition
a> 0, b> 0, c> 0,
where a is the height of the ribs;
b is the width of the ribs;
c is the distance between the ribs,
taking into account that the roughness of the working surface of the inductor is taken as zero.
RU96122109/09A 1996-11-19 1996-11-19 Method for concentrating current on working surface of inductor RU2113072C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96122109/09A RU2113072C1 (en) 1996-11-19 1996-11-19 Method for concentrating current on working surface of inductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96122109/09A RU2113072C1 (en) 1996-11-19 1996-11-19 Method for concentrating current on working surface of inductor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2113072C1 true RU2113072C1 (en) 1998-06-10
RU96122109A RU96122109A (en) 1998-10-10

Family

ID=20187366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96122109/09A RU2113072C1 (en) 1996-11-19 1996-11-19 Method for concentrating current on working surface of inductor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2113072C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1854335B1 (en) Induction heating device for a metal plate
US3395261A (en) Apparatus and process for induction heating
US4596913A (en) Impeder for electric resistance tube welding
KR101658384B1 (en) Induction heat treatment of complexshaped workpieces
EP0767717B1 (en) A method for heating closely spaced end portions of two pipes
US5578233A (en) Induction furnace with linear flux concentrator
US2841678A (en) High-frequency inductor arrangement for continuous seam welding
US3446930A (en) Cross-field inductor for heating electrically conducting workpieces
RU2113072C1 (en) Method for concentrating current on working surface of inductor
US2632079A (en) Means and method for electric seam welding
US4207451A (en) Multi-layered electrical induction coil subjected to large forces
US7087869B2 (en) Transverse induction heating apparatus
US2632840A (en) Means for inductively heating narrow elongated portions of cylindrical bodies
US2818488A (en) Tube welding
US2408190A (en) Magnetic induction heating of thinwalled nonmagnetic metallic tubes
US3987238A (en) Electric conductor for the conduction of electric currents of high density under heated conditions of the conducting body
JPH088051A (en) Method and device for induction heating of metallic plate
US2652474A (en) Method of heating opposed edges of elongated members
RU2187215C2 (en) Inductor of induction heating installation
US3431385A (en) Method of welding
CN208874417U (en) A kind of balance weight and the connection structure and rotor of rotor core, compressor
RU2152445C1 (en) Plasma treatment apparatus
SU717810A1 (en) Method of inductional heating of axisymmetric metallic stock for plastic strain
EP0053769B1 (en) Impeder for electric resistance tube welding
JPH1076372A (en) Device for preheating open tube edge

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041120