管状材料端部的电感应加热处理制造技术

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

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及管状材料的端部区域的电感应加热处理。
技术介绍
电感应加热可用于加热处理管状材料如金属管。通常，如图1中 所示，管状材料被保持在螺线管感应线圈内的适当位置。管90放在 螺线管线圈30内。当向所述线圈施加适当的交流功率时，所述管通 过与交流电流流过线圈所建立的纵向通量场的磁耦合而被感应加热。 热处理例如可以是管状材料端部的退火、正火、应力消除、涂覆、干 燥、硬化或回火。在其它应用中，管状产品的感应端部加热可用于在 金属成形操作之前加热端部。 一些应用需要均匀加热管状材料的特定 长度的端部部分。如图1中所示，当希望均匀端部加热处理时，管状材料被置于线 圈中，使得所述线圈"外伸"到所述材料的端部之外。通常，所述线 圈和管状材料的纵轴X重合，螺线管线圈成形为与管状材料的形状一致。外伸距离X。h控制在线圈的远离管状材料端部的轴端处建立的通量场的形状，使得所述通量场强度建立在所述材料的端部内以将其均 匀加热到所需长度。适当的外伸距离受多个参数影响，包括管状材料 的外径、所述材料的厚度、物理及冶金特性、及施加于线圈的交流功 率的频率。因此，因此，对于不同大小的管状材料或为了将同一管状 材料加热处理到不同的端部长度，需要不同的线圈。例如，比较图 2a、图2b和图2c，其中同样的感应线圈30和外伸距离)u用于分别感应加热具有下述特性的端部(1)外径(0D)等于0D,及厚度为t,的管状材料90a; (2)外径为0D2及厚度为t,的管状材料90b， 小于0D1; (3)外径为等于0D2及厚度为t2的管状材料90c， &大于 t1;如图2d所示，对于图2a中的管状材料，所需端部加热长度92、 热过渡区94和冷区96均不同。术语"所需端部加热长度"通常指在 所需端部加热长度上的均匀加热温度分布。由于在材料的突然过渡到 "无热"(或冷)的端部区域的端部长度中不能感应热量，因而有具 有热过渡区94的端部长度，其中由于"均热"效应所述热量朝向冷 区96逐渐降低，从而在所需端部加热长度中感应的热量从所需端部 加热长度92向冷区96传导。在一些热处理过程中，控制所需端部加 热长度和热过渡区的长度非常重要。对于图2b和2c中的管状材料 90b和90c，由于在线圈端部存在电磁端部效应，所述材料沿所需端 部加热长度92'和92"的全部长度未被足够加热。在管的端部有欠加 热区91。当必须使用设计用于较大0D的线圈加热具有较小0D的管 状材料时，管的端部将由于因电磁端部效应引起的热源减少而欠加热 (区域91)。如果管状材料属于相同形状但由具有不同物理或冶金 特性的材料制成，例如具有更高电阻率的金属，则管的端部也将由于 因电磁端部效应引起的热源减少而欠加热。或者，沿线圈长度具有多个交流功率连接抽头的单一线圈对不同 尺寸或冶金组分的管状材料的均匀管状端部加热也提供一些另外的 灵活性。通过使用适当的交流功率连接抽头，线圈的加电长度可改变 以调节外伸距离。然而在使用线圈外伸实现均匀端部加热时有限制。 当在低于居里温度加热磁性金属时该限制尤其明显。在达到某些值 后，线圈外伸的进一步增加将不能补偿因电磁端部效应引起的热源缺 乏。此外，大的线圈外伸导致线圈效率和线圈功率因数的降低。由于 更高的能量损耗及必须使用特殊的线圈功率因数校正装置，这两个因 素均负面影响感应系统的成本效率和灵活性。本专利技术的目的之一是在电感应加热处理过程中提高不同类型的 管状材料的端部温度加热均匀性，其中管状材料的至少一端部区域插入螺线管感应线圈内。本专利技术的另一 目的在于提高感应加热系统的灵 活性以使能使用同一感应加热器对不同几何结构和材料的管状产品 进行所需(如均匀)加热。
技术实现思路
一方面，本专利技术是电感应加热管状材料的端部区域的装置和方 法。管状材料的至少一端部区域插入感应线圈内，所述感应线圈被施 加交流功率以建立与管状材料耦合从而感应加热管状材料的交流磁 场。在本专利技术的一些例子中，管通量集中器的端部包括基座、在所述 基座的朝向管侧的外围区域周围延伸的多个外围磁极、及从所述基座 的朝向管侧的中心区域延伸的至少一中央磁极。通量集中器的纵轴通 过并垂直于所述基座的朝向管的那一侧。所述至少一中央磁极至少部 分伸入感应线圈的与所述管的端部相邻的外伸区域，及所述多个外围 磁极至少部分延伸在感应线圈端部的外部周围。在本专利技术的一些例子 中，所述通量集中器可移动以有选择地控制通量集中器伸入感应线 圈或感应线圈中的管的端部的伸出距离；所述多个外围磁极在感应线 圈端部的外部周围延伸的距离；和/或所述基座距感应线圈端部的距 离。在本专利技术的其它例子中，所述至少一中央磁极可相对于所述基座 和所述多个外围磁极在所述通量集中器的纵轴方向移动。在本专利技术的 其它例子中，.所述通量集中器可包括邻近所述多个外围磁极中的至少 一个的伸出端部定位的支柱。可选地，所述支柱可在平行于所述多个 外围磁极中的至少一个的长度方向移动。在本专利技术的其它例子中，所 述基座不伸入感应线圈的端部内；作为选择，位于所述基座的朝向管的表面和所述管状材料的端部之间的基座偏移元件可伸入感应线圈内；在这些备选结构的任一结构中，所述管的端部可分别靠所述基座 或所述基座偏移元件的表面置放，或者与相应的表面间隔开置放。在 本专利技术的其它例子中，通量集中器可以是环形结构或可调虹彩光圈， 其可有选择地与感应线圈中的管状材料端部的纵轴对准。另一方面，本专利技术是电感应加热管状材料的端部区域的装置和方 法。管状材料的至少一端部区域插入感应线圈内，所述感应线圈被施 加交流功率以建立与管状材料耦合从而感应加热管状材料的交流磁 场。在本专利技术的一些例子中，管通量集中器的端部包括基座、中央磁 极和多个外围磁极。所述基座由关于所述通量集中器的纵轴径向分布 的多个基座支柱形成。所述中央磁极包括多个楔元件，每一楔元件从 所述多个基座支柱的每一支柱的会聚端的朝向管的那一侧垂直延伸。 所述多个外围磁极中的某一个从所述多个基座支柱元件的每一个的 会聚端的朝向管的那一侧垂直延伸到伸出端。通量集中器的纵轴通过 并垂直于由多个基座支柱确立的平面。在本专利技术的一些例子中，所述 中央磁极至少伸入感应线圈的与所述管的端部相邻的外伸区域，及所 述多个外围磁极至少部分延伸在感应线圈端部的外部周围。在本专利技术 的一些例子中，所述通量集中器可移动以有选择地控制通量集屮器 伸入感应线圈或感应线圈中的管的端部的伸出距离；所述多个外围磁极在感应线圈端部的外部周围延伸的距离；禾n/或所述基座距感应线圈端部的距离。在本专利技术的其它例子中，所述基座和中央磁极的组合 可相对于所述外围磁极在所述通量集中器的纵轴方向移动。在本专利技术 的其它例子中，所述通量集中器可包括邻近所述多个外围磁极中的至 少一个的伸出端部定位的支柱。可选地，所述支柱可在平行于所述通 量集中器的纵轴方向移动。在本专利技术的其它例子中，包括多个基座支 柱的所述基座及包括多个楔元件的所述中央磁极可相对于所述通量 集中器的纵轴径向调节。本专利技术的上述及其它方面将在本说明书及所附权利要求中进一 步提出。附图说明如下面简要概括地，附图用于示例性地理解本专利技术而非限制本说 明书及所附权利要求进一步提出的专利技术图1为用于电感应加热管状材料的现有技术装置的截面图本文档来自技高网...

【技术保护点】
电感应加热处理管状材料的至少一端部区域的方法，该方法包括将管状材料的所述至少一端部区域插入感应线圈直到距离所述感应线圈的端部为外伸距离为止并向所述感应线圈施加交流功率的步骤，其特征在于：　使通量集中器位于感应线圈中的管状材料的所述至少 一端部区域附近，使得所述通量集中器的至少一中央磁极从所述通量集中器的基座表面的中央区域至少部分伸入所述外伸距离，及径向分布在所述基座周边周围的多个外围磁极在所述感应线圈的端部的外部周围延伸，所述外围磁极的延伸距离至少等于所述外伸距离的一部分，多个外围磁极中的每一个均在伸出端终止。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DL洛夫莱斯，PA罗斯，VI鲁德涅夫，JP朗，
申请(专利权)人：感应加热有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]