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APPAREILLAGE A LAMPES POUR LE TRAITEMENT TEHRMIQUE
DES METAUX PAR HAUTE FREQUENCE,
La présente invention, système Grume 1 , se rapporte à un appareillage perfectionné pour les traitements métallurgi- ques on haute fréquence.
On sait que la chauffe par induction en haute fré- quence d'une pièce métallique, en vue de traitements divers tels que trempe, -soudure etc...st obtenue en plaçant la piè- ce à traiter dans un inducteur ou four à haute fréquence dont la forme géométrique dépend de la forme même de ladite pièce et de l'effet qu'on désire obtenir ; bobinage doit être par- oouru par un courant haute fréquence d'une intensité telle que le champ ainsi créé soit de valeur suffisante pour provoquer par induction dans la pièce ou partie de pièce traitée, des pertes telles que celle-ci atteigne la température désirée.
Pour de multiples raisons d'ordre pratique, tant mé-f caniques qu'électriques, il y a intérêt à réaliser des induc- teurs de chauffe à faible nombre de spires ot même bien sou- vent à une seule spire. Ces inducteurs présenteront donc une réactanoe très faible (bien souvent très inférieure au micro- henry), ramèneront une résistance de charge utile également très faible (du dizième au Millième d'ohm suivant la pièce à traiter et la fréquence utilisée) et devront être parcourus de ce fait par des courants de très forte intensité.
Il en ré- sulte que, dans tous les cas d'utilisation, l'on devra passer obligatoirement par l'intermédiaire d'un transformateur abais- seur pour l'alimentation de tels inducteurs, transformateur dont le secondaire ne comportera généralement qu'une seule spire et devra âtre relié à l'inducteur par des connexions extrêmement courtes pour éviter les chutes inductives.et les pertes par effet Joule,
Dans le Bas d'un générateur à lampe, le primaire dn transformateur constituera généralement la self de circuit oscillant qui sera le plus souvent le siège d'une puissance apparente très importante eu égard à la puissance utile, si bien que les éléments de circuit oscillant devront également être groupés au voisinage de la pièce à traiter.
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Si on examine niintenant les choses du point de vue pretique on constate que l'on sera ainsi amené à disposer contre la pièce â traiter un watériel important donc encombrant, ce qui peut être tr-es gênant dans le cas où le traite no nt thermique est accompagné d'opérations néoaniques nécessitant un outillage également encoribrant, La situation se compliqua encore du fait que toutes les portions de circuits portées à une tension dangereuse pour le personnel doivent être enfermées dans un carter de protection. Enfin, dans le cas où l'opération de traiteaent thermique se trouve intercalée dans une chaîne de
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fabrication, il 1,#iporte que si une avarie importante se produit dans le gércrateur haute fréquence, le rer.rplaC8f:'\6nt des élémepts défectueux puisse se faire très rapide8nt afin d'inaobi- liser la chaîne le moins longtemps possible.
Ces différents desiderata sont satisfsits par l'agence- Ment suivant l'invention, caractérisé par les dispositions ciaprès :
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1 ) Les él111l(;jnts qu'il est indispensable de placer au voisinage immédiat de le pièce à tr-.- ite r, c'est-à-dire soit le t:ranSfOI'ri8 tour seul , soit la transformateur avec les élénents du circuit oscillant, sont disposés dans un chariot blindé de f or+Je co*-.iven,-..b2e. po) Les lampes d'entrstie-. des oscillation" et leurs circuits auxiliaires sont soupes dans un :':8U018 qui, aux irôque;ces généralement utilisées pour les trr,i te:'1Onts thermiques, peut sans inconvénients 6tre placé à plusieurs métres du chariot, c'est-à-dire totalerlt3'1t dégngé de l' instcll.1 tion mécanique.
On donnera ci-dessous, à titre d'exemple non 11itatif la description d'un chariot conforme à l'invention.
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La figure l représante le scnéoa de principe des circuits à haute fréquence. In 1 est l'enroulement inducteur constituant le four haute fréquence; en 2 le transt'ort'1ateur 2a étant l'enrouleQer¯t secondaire d'utilisation, 2b l'enroulenent primaire formant self de circuit oscillant, 2c un enroulement auxiliaire donnant la tension en opposition de phase avec la
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tension pri';12ire, nécessaire à l'entretien des oscillations; en 3 le condensateur de circuit oscillent. Ces différents é10ents sont disposés dans le ohatiot blindé 10.
En 4 est la lampe d'entretien des oscillations, dis-
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posée avec ses circuits auxiliaires un ''l6uble séparé 20.
Les figures 2, 3, 4 donnent respoctivernar-t les vues de profil, do 1±.Cù et en plan de l'ensemble du chariot. Sur li figure 2 et la figure 4 les panneaux de fermeture sont supposés enlevés.
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En 2 est représenté le trùnsf0rmsteur haute fréquence sans fer et en 3 le condensateur du type à gaz comprimé. La face avant du chariot peut être équipée avec un panneau de montage,
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très rigide, 5, munie de Tcinures (de la même façon qu'un plateau do fraiseuse par exemple), qui permettent le montage facile et rppide des inducteurs de chauffe et de l'outillage de menu- tention.
Au centre de ce panneau, se fait la sortie du secondaire du transformateur par deux plots 6,
Sur la vue en plan 4, on polit se rendre nette tuent compte de la forme particulière de ce chariot dont l'avant est effilé
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pour dégager au maximum la région de l'inducteur de chauffe.
Le chariot est porté par des galets de roulement 7. Desvérins 8 permettent d'immobiliser le chariot et d'ajuster sa hauteur si nécessaire.
Les raccordements électriques et hydrauliques entre le chariot et le reste de l'installation se font par canalisa- tions souples se raccordant suivant les cas, soit par le des- sous du chariot et passant en caniveau, soit par la dessus et passant en aérien.
Lorsque l'appareil est utilisé pour la trempe, le panneau de montage 5 peut recevoir un bac 9, dans lequel re- tombe la liquide de trempe. Ce bae qui n'a pas de parois du côté du ohatiot, repose à sa base sur une gouttière 10 par laquelle s'écoule le liquida tombant dans le bac. Il est fixé au panneau 5 à l'aide de crochets, ce qui donne la possibilité de l'enlever instantanément et de faciliter au maximum le démontage des inducteurs et de l'outillage. L'étanchéité la- térale est simplement obtenue par des rainures verticales for- mant chicanes.
Quedques particularités dans la réalisation des circuits électriques doivent être signalées 1 le primaire du transforma- teur est composé de deux bobinages cylindriques 2b all et 2b2 disposés bout à bout coaxialement, et réunis en parallèle suivant figure 5, le point milieu étant mis à la terre.
Un bobinage 2b1 est au pasà droite, l'autre 2b2 au pas à gauche, de façon que les flux produits soient additifs. Il résulte de cette disposition deux avantages principaux :
1 ) C'est au contre du bobinage, c'est-à-dire dans la région de champ le plus intense que la tension est la plus faible, ce qui permet do disposer, dans cotte partie, un bobi- nage secondaire 2a, de hauteur plus réduite quo le primaire, mais très rapproché de colui-ci, et de réalisar ainsi un coef- ficient de couploge aussi grand que possible.
2 ) Ces circuits qui sont le siège d'une puissance appa- rente importante eu égard à leurs dimensions, doivent être en- tièrement refroidis par circulation deau y compris les con- nexions et les bornes. En conséquence, la dispositif suivant est réalisé : le condensateur de circuit oscillant 3 est équi- pé avec un système de borne concentrique (figure 5) dont la partie extérieure, reliée à une armature est mise à la masse; la partie centrale reliée à l'autre armature est portée au haut potentiel.
D'autre part, le bobinage du primaire du transformateur est réalisé en tubes. Ces tubes se prolongent individuelle- ment pour chaque 1/2 primaire jusqu'à leur raccordement sur la borne du condensateur suivant figure . La refroifissement est alors assuré dans les conditions suivantes : l'eau arrive en A (par conséquent sur un point mis à la terre) refroidit la zone correspondante de la partie extérieure de la borne du condensateur, parcourt un 1/2 primaire, pénètre dans la partie centrale C de la borne qui est constituée par deux tubes- concen- triques, repasse dans l'autre 1/2 primaire, revient sur la par- tie extérieure de la borne dont elle refroidit la zone corres- pondante et ressort en B, c'est-à-dire en un point mis à la terre ;
aucun somment de canalisation d'eau n'est ainsi à prévoir,
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titre documentaire on donnera deux exemplesnon limitatifs de cas particuliers d'installation ou d'utilisation du chariot -dessus décrit,
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1 ) J3Jnc pour kraitanoent de pièces de grande, longueur tels que rails, tubes; etc.,. en vue de la tramps superficielle, de la soudure, da l'étirage à chaud etc....
L' installation est représentée suivant figure 6. Le repère 12 représente un banc de manutention ou de façonnage; en 13 ost le chariot blindé et en 1-1 le meuble contenant les lampes d'entretien des oscillateurs avec leurs circuits auxiliaires; en 1 est la spire chauffante, en 16 la pièce en
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cours de trsitoiient.
2 ) Installation de trempe.On saitque le temps de chauffe d'une @ièce à tremper ne représente qu'une faible- partie du temps total nécessaire au cycle complet des opérations, le reste du temps étant employé à la trempe preprement dite
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(.'3.rrOf:fJ.[;8) et aux manutentions. Four ;7erioettre une meilleure utilisation des lampes d'entretien dont l'usure dépend essen- tiellement du temps total d'allumage da leur filament, il est intéressant de pouvoir alimenter alternativement avec celles- ci plusieurs montages. Une telle installation est représentée sur la figure 7: en 15 sont disposés plusieurs chariots blindés (trois dans le ca@ do la figure), en 16 le meuble contenant les lampes d'entretien.
Un distributeur général automatique
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non fleuré relie alternativement les lampes à chacun des cahariots; dès que l'opérât, on e chauffe est terminée sur l'un d\3ux, les lampes sont sutomatiqueraent raccordées au suivant tandis que les opérations de trempe proprement dites et de manutention s'achèvent sur les chariots précédents.
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Le 0.enroulement des opérations wut Jtre soit entièrement automatique, soit semi-aütomotique et soumis au contrôle du ou des opérateurs; un système de signalisation est préve pour indiquer 3. chaque instant l'état des commutations.
R H S U M E
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Appareillage pour le traitenent thermique de pièces métalliques par cournts à haute fréquence engendrés au moyen de lampes électroniques, caractérisé essentiellement por les
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dispositions suivantes, prises sé:,!8ré!'!1Er.1t ou en combinaison: - Lo circuit oscillant à haute fréquence comportant :
selfinductance, capacité, bobine de réaction, ainsi que le circuit secondaire couplé par induction avec la self-inductance, et lo spire chauffante induisant la pièce à traiter sont réunis
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sur un mihe bâti, ou dans un même meuble, éventuelleroent pourvu de moyens de ..lafe, d'immobilisation et de réglage en hauteur, tandis çue le générateur @aute fréquence proprement
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dit, (lampes et ';CCGS':OiT9S) constitue un autre ensemble réuni dans un meuble ou bâti inc'P1)6x:/lant du précédent et pouvant être placé à distance.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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LAMP EQUIPMENT FOR TEHRMIC TREATMENT
HIGH FREQUENCY METALS,
The present invention, the Grume 1 system, relates to improved equipment for high-frequency metallurgical treatments.
It is known that the induction heating at high frequency of a metal part, with a view to various treatments such as quenching, welding, etc., is obtained by placing the part to be treated in an inductor or furnace at high temperature. frequency, the geometric shape of which depends on the actual shape of said part and on the desired effect; winding must be passed through by a high frequency current of an intensity such that the field thus created is of sufficient value to induce, by induction in the part or part of a part treated, losses such that the latter reaches the desired temperature.
For many reasons of a practical nature, both mechanical and electrical, it is advantageous to produce heating inductors with a low number of turns and even often with a single turn. These inductors will therefore have a very low reactanoe (very often much lower than the micro-henry), will bring back a payload resistance which is also very low (from tenth to thousandth of an ohm depending on the part to be treated and the frequency used) and will have to be covered. therefore by currents of very high intensity.
It results from this that, in all the cases of use, it will be necessary to pass by the intermediary of a step-down transformer for the supply of such inductors, transformer of which the secondary will generally comprise only one. single turn and must be connected to the inductor by extremely short connections to avoid inductive drops. and Joule losses,
In the bottom of a lamp generator, the primary dn transformer will generally constitute the inductor of the oscillating circuit which will most often be the seat of a very large apparent power with regard to the useful power, so that the oscillating circuit elements should also be grouped in the vicinity of the part to be treated.
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If we examine everything from the pretical point of view we see that we will thus have to place against the part to be treated a large and bulky material, which can be very annoying in the case where the heat treatment is not is accompanied by neoanic operations requiring a tool also encoribrant. The situation was further complicated by the fact that all the portions of circuits brought to a dangerous voltage for the personnel must be enclosed in a protective casing. Finally, in the event that the thermal treatment operation is interposed in a chain of
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manufacture, it 1, # iorto that if a major damage occurs in the high frequency generator, the rer.rplaC8f: '\ 6nt defective elements can be done very quickly8nt in order to immobilize the chain as short as possible.
These different desiderata are satisfied by the agency according to the invention, characterized by the following provisions:
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1) The el111l (; jnts which it is essential to place in the immediate vicinity of the part to be tr -.- ite r, that is to say either the t: ranSfOI'ri8 turn alone, or the transformer with the elements of the oscillating circuit, are arranged in a trolley shielded f or + Je co * -. iven, - .. b2e. po) Entrstie lamps-. oscillation "and their auxiliary circuits are combined in a: ': 8U018 which, at the same time; these generally used for thermal trr, i te:' 1Onts, can without inconvenience be placed several meters from the carriage, that is to say - say totalerlt3'1t disengaged from the mechanical installation.
The description of a cart according to the invention will be given below by way of non-11itative example.
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Figure l represents the principle scnéoa of high frequency circuits. In 1 is the inductor winding constituting the high frequency furnace; in 2 the transt'ort'1ateur 2a being the secondary winding Qer¯t of use, 2b the primary winding forming an oscillating circuit inductor, 2c an auxiliary winding giving the voltage in phase opposition with the
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primary tension; 12ire, necessary for the maintenance of the oscillations; in 3 the circuit capacitor oscillate. These different elements are placed in the armored hatiot 10.
At 4 is the oscillation maintenance lamp,
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laid with its auxiliary circuits a separate l6uble 20.
Figures 2, 3, 4 give respoctivernar-t profile views, do 1 ± .Cù and plan of the entire carriage. In Figure 2 and Figure 4 the closure panels are assumed to be removed.
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In 2 is shown the high frequency ironless trùnsf0rmsteur and in 3 the condenser of the compressed gas type. The front of the trolley can be equipped with a mounting panel,
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very rigid, 5, provided with Tcinures (in the same way as a plate of a milling machine for example), which allow the easy and fast assembly of the heating inductors and the tools of caution.
In the center of this panel, the output of the secondary of the transformer is made by two pads 6,
On plan view 4, we polish to realize the particular shape of this carriage whose front is tapered
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to clear the area of the heating inducer as much as possible.
The carriage is carried by rollers 7. Jacks 8 make it possible to immobilize the carriage and to adjust its height if necessary.
The electrical and hydraulic connections between the trolley and the rest of the installation are made by flexible pipes connecting, depending on the case, either from below the trolley and passing in a gutter, or from above and passing overhead.
When the apparatus is used for quenching, the mounting panel 5 can accommodate a pan 9, into which the quench liquid falls. This bae which has no walls on the side of the ohatiot, rests at its base on a gutter 10 through which flows the liquid falling into the tank. It is fixed to the panel 5 using hooks, which gives the possibility of removing it instantly and facilitating as much as possible the dismantling of the inductors and the tools. The lateral sealing is simply obtained by vertical grooves forming baffles.
Some peculiarities in the realization of the electric circuits must be indicated 1 the primary of the transformer is composed of two cylindrical windings 2b all and 2b2 arranged end to end coaxially, and joined in parallel according to figure 5, the midpoint being earthed .
A winding 2b1 is at the right pitch, the other 2b2 at the left pitch, so that the fluxes produced are additive. Two main advantages result from this arrangement:
1) It is against the winding, that is to say in the region of the most intense field that the voltage is weakest, which makes it possible to have, in this part, a secondary winding 2a, of lower height than the primary, but very close to the latter, and thus to achieve a couploge coefficient as large as possible.
2) These circuits, which are the seat of a significant apparent power in view of their dimensions, must be completely cooled by circulating water, including the connections and terminals. Consequently, the following device is realized: the oscillating circuit capacitor 3 is equipped with a concentric terminal system (figure 5) whose outer part, connected to an armature, is earthed; the central part connected to the other armature is brought to high potential.
On the other hand, the winding of the transformer primary is made in tubes. These tubes are extended individually for each 1/2 primary until they are connected to the capacitor terminal as shown in the figure. Cooling is then ensured under the following conditions: the water arrives at A (consequently on a grounded point) cools the corresponding zone of the exterior part of the condenser terminal, runs through a primary 1/2, enters the the central part C of the terminal which is made up of two concentric tubes, passes back into the other primary half, returns to the outer part of the terminal, the corresponding zone of which it cools and comes out at B , that is to say at an earthed point;
no top of water pipe is to be expected,
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documentary title, we will give two non-limiting examples of particular cases of installation or use of the above-described trolley,
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1) J3Jnc for kraitanoent of large, length parts such as rails, tubes; etc.,. with a view to superficial tramps, welding, hot drawing, etc.
The installation is shown in accordance with FIG. 6. Reference 12 represents a handling or shaping bench; in 13 ost the armored trolley and in 1-1 the cabinet containing the oscillator maintenance lamps with their auxiliary circuits; in 1 is the heating coil, in 16 the part in
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course of trsitoiient.
2) Quenching installation We know that the heating time of a part to be quenched represents only a small part of the total time required for the complete cycle of operations, the rest of the time being used for the so-called quenching.
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(.'3.rrOf: fJ. [; 8) and handling. Oven; To make better use of maintenance lamps, the wear of which depends essentially on the total ignition time of their filament, it is advantageous to be able to supply several assemblies with them alternately. Such an installation is shown in FIG. 7: at 15 are arranged several armored carriages (three in the ca @ do of the figure), at 16 the cabinet containing the maintenance lamps.
A general automatic distributor
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without flowers alternately connects the lamps to each of the cahariots; as soon as the operation, the heating is finished on one of them, the lamps are automatically connected to the next one while the actual quenching and handling operations are completed on the preceding carriages.
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The winding of operations is either fully automatic or semi-automatic and subject to the control of the operator (s); a signaling system is provided to indicate the 3. switching status at all times.
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Equipment for the thermal treatment of metal parts by high-frequency currents generated by means of electronic lamps, characterized mainly by
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following provisions, sockets se:,! 8re! '! 1Er.1t or in combination: - Lo high frequency oscillating circuit comprising:
selfinductance, capacitance, reaction coil, as well as the secondary circuit coupled by induction with the self-inductance, and the heating coil inducing the part to be treated are combined
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on a frame, or in the same piece of furniture, possibly provided with means of ..lafe, immobilization and height adjustment, while the @aute frequency generator properly
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said, (lamps and '; CCGS': OiT9S) constitutes another set assembled in a cabinet or frame inc'P1) 6x: / lant of the previous one and can be placed at a distance.
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