PL150555B1

PL150555B1 - Method of heating up metal components and apparatus therefor

Info

Publication number: PL150555B1
Application number: PL1986257345A
Authority: PL
Inventors: Per H Moe
Original assignee: Per H Moe
Priority date: 1985-01-04
Filing date: 1986-01-03
Publication date: 1990-06-30
Also published as: NO155607C; DK421686A; CA1253924A; AU5303886A; WO1986004005A1; NO155607B; EP0208708B1; PL257345A1; NO850049L; BR8507157A; DE3583439D1; EP0208708A1; AU578791B2; FI863432A0; US4736084A; JPS62501693A; FI863432A7; DK421686D0

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

URZĄD

PATENTOWY

RP

OPIS PATENTOWY	150 555
Patent dodatkowy do patentu nr- Zgłoszono: 86 01 03 /P. 257345/	CZ Y i tLNIA U ędu PatenToweoo l·'· r fceom , . .
Pierwszeństwo 85 01 04 Norwegia	Int. Cl.® B23K 11/00
Zgłoszenie ogłoszono: 86 io 07 Opis patentowy opublikowano: 1990 07 31

Twórca wynalazku: Per H· Moe

Uprawniony z patentu: Per H. Moe, Drammen /Norwegia/

SPOSÓB NAGRZEWANIA ELEMENTÓW METALOWYCH I URZĄDZENIE DO NAGRZEWANIA ELEMENTÓW METALOWYCH

Przedmiotem wynalazku jest sposób nagrzewania elementów metalowych i urządzenie do nagrzewania elementów metalowych·

Znany jest z norweskiego opisu patentowego nr 833 729 sposób łączenia części metalowych za pomocą zgrzewania kuźniczego, w którym części przed zgrzewaniem kuźniczym są nagrzewane za pomocą cewki indukcyjnej. Aby zapewnić właściwe łączenie tych części, bardzo ważną sprawą jest umieszczenie procesu nagrzewania, jeśli tylko jest to możliwe, w obszarze złącza· Jeżeli pozwala się, aby ciepło rozchodziło się zbyt daleko od złącza, to wzrasta czas nagrzewania· Poza tym w czasie nagrzewania kuźniczego zmniejsza się siła gnąca, pogarszają się warunki korzystnego trójosiowego naprężenia i wydłuża się czas obróbki cieplnej po skończeniu zgrzewania·

Nagrzewanie części rurowych za pomocą nagrzewania indukcyjnego przed łączeniem tych części było stosowane i badane wiele razy, lecz praktyczne stosowanie zostało bardzo ograniczone, gdyż obszar nagrzewania był zbyt duży. Ciepło musiało być przekazywane z cewki do metalowych elementów, umieszczonych jak najbliżej cewki, a stamtąd rozchodziło się na powierzchnię złącza. W rzeczywistości nagrzewały się wówczas również niewłaściwe obszary elementów metalowych.

Jeśli w obszarze złącza jest zmniejszany przekrój poprzeczny materiału, celem uzyskania większych naprężeń trójosiowych w czasie operacji kucia, to będzie to trudne do przeprowadzenia, jeśli blisko złącza znajduje się cewka indukcyjna, która ma za zadanie nagrzewać miejsce tylko w obszarze złącza·

Znane jest z opisu patentowego RFN nr 1 565 360 urządzenie do stałego elektrycznego zgrzewania wyprofilowanych elementów. Urządzenie obejmuje złącza dwóch lub więcej szczelin w

150 555

150 555 kształcie litery V, które sę jednocześnie i stale zgrzewane w kierunku wzdłużnym wyprofilowanych elementów za pomocę źródła prędu o wysokiej częstotliwości· Jednakże żadna instrukcja nie podaje sposobu nagrzewania obszaru wokół węskiej szczeliny, który byłby stale utrzymywany w czasie procesu nagrzewania·

Znany jest z opisu patentowego RFN nr 3 007 153 sposób stałego zgrzewania liniowego rur za pomocę spawania oporowego prędami o wielkiej częstotliwości· W tym sposobie pręd znajduje lepsze wykorzystanie poprzez stosowanie dodatkowej cewki celem regulowania prędu pierwotnego ó wysokiej częstotliwości. Jednakże w sposobie tym stosuje się zespół styków ślizgowych celem uzyskania stałego zgrzewania wzdłuż szwów, lecz ta technika nie może być stosowana w zgrzewaniu doczołowym rur i sworzni, co stanowi przedmiot niniejszego zgłoszenia·

Znane sę z opisu patentowego St· Zjedn· Ameryki nr 2 892 914 sposób i urzędzenie do zgrzewania doczołowego, oparte na nagrzewaniu indukcyjnym, lecz ta technika nie znalazła żadnego praktycznego zastosowania z uwagi na fakt, że nie uzyskano skupionego obszaru nagrzewania w rejonie złęcza· Poza tym szczelina pomiędzy dwoma elementami metalowymi, które maję być połęczone, pozostaje nietknięta· Znane techniki sugeruję, aby obszary graniczęce ze szczelinę były nachylone lub ścięte ukośnie· Z uwagi na brak szczeliny pomiędzy elementami, które maję zostać połęczone, sposoby znane ze stanu techniki nie pozwalaję na spłukiwanie powierzchni czołowych, które maję być połęczone·

Celem niniejszego wynalazku jest ujawnienie sposobu i urzędzenia do nagrzewania elementów metalowych, które umożliwię szybsze i wydajniejsze utworzenie strefy grzania w obszarze utworzonym przez powierzchnie szczeliny elementów, które maję być zgrzane· Stwierdzono, że źródło prędu o wysokiej częstotliwości może być zastosowane w sposób umożliwiajęcy szybsze utworzenie strefy grzania, która jest bardziej skupiona aniżeli przy stosowaniu grzania indukcyjnego.

Sposób nagrzewania elementów metalowych według wynalazku polega na tym, że dwa bieguny źródła prędu łęczy się galwanicznie odpowiednio z każdym z elementów blisko powierzchni szczeliny, a wymienione elementy łęczy się galwanicznie ze stykami łęczęcymi mostko wo węskę szczelinę, korzystnie po przeciwnej stronie niż styki źródła prędu wywołujęc opór o wysokiej częstotliwości w obszarze wymienionych powierzchni szczeliny dla nagrzania wymienionych elementów w węskim obszarze obejmujęcym wymienione powierzchnie szczeliny.

Korzystnie dwa pierwsze styki przymocowuje się do każdego z elementów blisko szczeliny i blisko względem siebie, przy czym oba elementy łęczy się z dalszymi stykami i przewodem, umieszczonymi po przeciwnej stronie wymienionych elementów, a pręd zmienny doprowadza się do wymienionych pierwszych styków. Korzystnie styki, a także możliwie przewód chłodzi się, zwłaszcza za pomocę wody. Korzystnie powierzchnie szczeliny kształtuje się tak, że nachylaję się względem siebie w kierunku promieniowo do wewnętrz. Korzystnie powierzchnie szczeliny kształtuje się tak, aby umożliwić prowadzenie dwóch elementów, które maję być połęczone aby ścisnęć je razem po odpowiednim nagrzaniu obszarów powierzchni szczeliny, przy czym w czasie procesu nagrzewania spłukuje się wymienionę szczelinę.

Urzędzenie do nagrzewania elementów metalowych według wynalazku posiada dwa bieguny źródła prędu połęczone galwanicznie z każdym z elementów blisko powierzchni szczeliny, przy czym elementy połęczone sę galwanicznie ze stykami i przewodem, łęczęcymi mostkowo węskę szczelinę, korzystnie po przeciwnej stronie niż styki źródła prędu, wywołujęc opór o wysokiej częstotliwości w obszarze powierzchni szczeliny dla nagrzania elementów w węskim obszarze obejmujęcym powierzchnie szczeliny.

Korzystnie dwa pierwsze styki sę przymocowane do każdego z elementów blisko szczeliny i blisko siebie, przy czym oba elementy sę połęczone z dalszymi stykami i przewodem po przeciwnej stronie elementów, a pręd zmienny jest doprowadzany do pierwszych styków. Korzystnie styki, a także możliwie przewód sę chłodzone zwłaszcza za pomocę wody· Korzystnie powierzchnie szczeliny sę kształtowane tak, że nachyla się je względem siebie w kierunku promieniowo do wewnętrz· Korzystnie powierzchnie szczeliny sę ukształtowane tak, aby umożliwić prowadzenia dwóch elementów, które maję być połęczone, aby ścisnęć je razem po odpowied150 555 nia nagrzaniu obszarów powierzchni szczeliny, przy czyn szczelina pomiędzy elementaai umożliwia spłukiwanie szczeliny w czasie procesu nagrzewania·

W ten sposób wykorzystuje się nagrzewanie oporowe danych elementów przy wysokiej częstotliwości tuż przed powierzchniami szczeliny· Powodem, dlaczego pręd przepływa przez powierzchnia szczeliny jest to, że pręd o wysokiej częstotliwości nie wybiera drogi o mniejszej rezystancji, lecz drogę o najniższej całkowitej impedancji· Dlatego też ważnę sprawę jest, aby powierzchnie szczeliny były umieszczone blisko siebie, lecz nie stykały się·

Zgrzewajęc rurę aajęcę ściankę o grubości 2,5 cm lub grubszę, sposób stosowany według wynalazku jest cztery do pięciu razy bardziej wydajny niż sposób oparty na zgrzewaniu indukcyjnym prędem o wysokiej częstotliwości· Stwierdzono, że zgrzewanie dużej liczby rur może być przeprowadzane całkowicie w przybliżeniu w cięgu 1 minuty bez normalizowania· Poza tym sposób według wynalazku umożliwia wykorzystania go*przy różnych rodzajach metali, co jest wielkę zaletę tego sposobu·

Przykład wykonania wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym fig«l przedstawia dwie rury w przekroju poprzecznym, które maję być zgrzane, fig«2 - dwa sworznie w przekroju poprzecznym, które maję być zgrzane·

Na figurze 1 przedstawiono dwie rury 1, 2 w przekroju poprzecznym, ustawione względem siebie tak, że pomiędzy nimi znajduje się szczelina 3· Szczelinę 3 wyznacza przerwa pomiędzy dworną powierzchniami 4, 5, należęcymi odpowiednio do rury 1 i do rury 2· Powierzchnie 4 i 5 umieszczone sę bardzo blisko siebie, lecz nie stykaję się ze sobę·

Styk 6 jest przymocowany w odpowiedni sposób do rury 1, a styk 7 jest przymocowany do rury 2. Na przykład styki 6 i 7 mogę być zaciśnięte na rurach 1, 2· Diametralnie, po drugiej stronie rur 1, 2, znajduję się również styki przymocowane odpowiednio, to znaczy: styk 8 - do rury 1, a styk 9 - do rury 2· Styki te przzymocowane sę do rur, na przykład za pomocę lutowania· Styki 8, 9 połęczone sę ze sobę przewodem 10· Styki 6, 7, połęczone ze źródłem 11 prędu zmiennego o wysokiej częstotliwości· □eżeli pręd płynie w cięgu połowy cyklu, to może być on doprowadzany za pomocę styku 6 do rury 2· Stęd spływa w dół na powierzchnię 4 i płynie wzdłuż obwodu aż do położonej diametralnie części rury 1, stęd wpływa dp styku 6 i dalej przepływa przewodem 10 i przez styk 9, który połęczony jest z rurę 2· Dalej przepływa przez powierzchnię 5 i wzdłuż obwodu, aż do położonej diametralnie części rury 2, dalej stykiem 7 i wraca do źródła prędu 11· Fakt, że pręd przepływa bardzo dokładnie przez powierzchnie 4 i 5 szczeliny 3 powoduje, że nagrzewanie oporowe występuje dokładnie w wybranych miejscach· Poza tym, nagrzewanie zachodzi tak szybko, że ciepło odpływa na zewnętrz tylko w niewielkim stopniu, zanim temperatura w złęczu podniesie się na tyle wysoko, aby powstało zgrzewanie kuźnicze· Ponieważ powierzchnie 4, 5 szczeliny 3 nie stykaję się ze sobę, to rozumie się, że w czasie nagrzewania przez szczelinę 3 przepływa gaz redukujęcy· □est zrozumiałe, że wynalazek niniejszy może znaleźć zastosowanie przy zgrzewaniu grubych rur· Wynalazek nie jest ograniczony do przedstawionego przykładu, lecz może być zróżnicowany i ulepszony w różnoraki sposób w zakresie ochrony wyznaczonej przez załęczone zastrzeżenia· Powierzchnie szczeliny mogę być na przykład tak ukształtowane, aby nachylały się względem siebie w kierunku do wewnętrz·

Zastosowanie wynalazku jest korzystne w złęczach przy zgrzewaniu elementów stałych, takich jak pręty lub sworznie. Jeśli powierzchnie szczeliny prętów lub sworzni,które maję być połęczone, maję cokolwiek zakrzywiony kształt, to pręd nie płynie najkrótszę drogę w poprzez powierzchnie szczeliny pomiędzy stykami, lecz raczej rozcięga się na powierzchni szczeliny dla nagrzania całych powierzchni. Wydaje się, że im wyższa jest częstotliwość prędu zmiennego, tym powierzchnie szczeliny muszę mniej zbliżać się do siebie, aby zapewnić odpowiednie rozprowadzenie prędu celem nagrzania.

Na figurze 2 pokazano, że powierzchnie 4a, 5a szczeliny 3a utworzonej pomiędzy dwoma elementami sworzni la, 2a, które maję zostać połęczone, maję lekko zakrzywione krawędzie. Krzywizna powierzchni szczeliny pozwala na większę odległość pomiędzy powierzchniami 4a, 5a szczeliny 3a w obszarze podłużnej osi C, wspólnej dla obydwóch elementów, przy czym odległość pomiędzy powierzchniami 4a, 5a zmniejsza się idęc w kierunku obszaru krawędzi wymienionych powierzchni.

150 555

Ta zmiana w odległości pomiędzy powierzchniami powoduje korzystny rozkład prądu w przekroju powierzchni szczeliny tak, aby uzyskać jednolite skoncentrowane nagrzewanie·

Ponieważ powierzchnie 4a, 5a są zakrzywione w przeciwnych kierunkach, to pozwalają one na korzystne prowadzenie elementów, gdy te są dociskane do siebie tworząc złącze zgrzewane.

Należy podkreślić, że rysunki przedstawiają dwie części lub dwa elementy tuż przed zgrzewaniem, które mają być połączone, a po odpowiednim nagrzaniu i możliwym spłukaniu złącza lub szczeliny 3 lub 3a elementy są ściskane razem celem zamknięcia złącza 3 lub 3a tworząc ostatecznie złącze zgrzewane wolne od pustych przestrzeni· □ak pokazano na rysunku elementy 1, la, 2,.2a mają zmniejszony przekrój poprzeczny w obszarze złącza celem uzyskania łatwo trzyosiowego naprężenia w obszarze złącza, gdy materiał wypływa w czasie ściskania wymienionych elementów z powodu nagrzewania powierzchni szczeliny. Wypływanie materiału w czasie operacji zgrzewania kuźniczego można zauważyć wówczas, gdy w obszarze złącza materiał jest poddawany obciążeniu, które jest 2 do 3 razy większe niż granica plastyczności materiału.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1· Sposób nagrzewania elementów metalowych, które maję być połęczone, zwłaszcza poprzez zgrzewanie kuźnicze, posiadających powierzchnie przeznaczone do zgrzania umieszczone tak, że tworzę wąską szczelinę, w której zachodzi nagrzewanie za pomocę źródła prądu zmiennego o wysokiej częstotliwości, znamienny tym, że dwa bieguny źródła prądu łączy się galwanicznie odpowiednio z każdym z elementów, blisko powierzchni szczeliny, a wymienione elementy łączy się galwanicznie ze stykami łączącymi mostkowo wąską szczelinę, korzystnie po przeciwnej stronie niż styki źródła prądu wywołując opór o wysokiej częstotliwości w obszarze wymienionych powierzchni szczeliny dla nagrzania wymienionych elementów w wąskim obszarze obejmującym wymienione powierzchnie szczeliny·
2. Sposób według zastrz.l, znamienny tym, że dwa pierwsze styki przymocowuje się do każdego z elementów blisko szczeliny i blisko względem siebie, przy czym oba elementy łączy się z dalszymi stykami i przewodem, umieszczonymi po przeciwnej stronie wymienionych elementów, a prąd zmienny doprowadza się do wymienionych pierwszych styków.
3· Sposób według zastrz.2, znamienny tym, że styki, a także możliwie przewód, chłodzi się zwłaszcza za pomocę wody.
4. Sposób według zastrz.2, znamienny tym, że powierzchnie szczeliny kształtuje się tak, że nachylają się względem siebie w kierunku promieniowo do wewnątrz.
5. Sposób według zastrz.l, znamienny tym, że powierzchnie szczeliny kształtuje się tak, aby umożliwić prowadzenie dwóch elementów, które mają być połęczone, aby ścisnąć je razem po odpowiednim nagrzaniu obszarów powierzchni szczeliny, przy czym w czasie procesu nagrzewania spłukuje się wymienioną szczelinę.
6. Urządzenie do nagrzewania elementów metalowych, które mają być połączone, zwłaszcza poprzez zgrzewanie kuźnicze, posiadających powierzchnie przeznaczone do zgrzania umieszczone tak, że tworzą wąską szczelinę, w której zachodzi nagrzewanie za pomocą źródła prądu zmiennego o wysokiej częstotliwości, znamienne tym, że dwa bieguny źródła prądu /11/ są połączone galwanicznie z każdym z elementów /1, la, 2, 2a/, blisko powierzchni /4, 4a, 5, 5a/ szczeliny /3, 3a/, przy czym elementy /1, la, 2, 2a/ połączone są galwanicznie ze stykami /8, 9/ i przewodem /10/ łączącymi mostkowo wąską szczelinę /3, 3a/, korzystnie po przeciwnej stronie niż styki /6, 7/ źródła prądu /11/, wywołując opór o wysokiej częstotliwości w obszarze powierzchni /4, 4a, 5, 5a/ szczeliny /3, 3a/ dla nagrzania elementów /1, 2/ w wąskim obszarze obejmującym powierzchnie /4, 4a, 5, 5a/ szczeliny /3, 3a/·
7. Urządzenie według zastrz.6, znamienne tym, że styki /6, 7/ są przymocowane do każdego z elementów /1, 2/, blisko szczeliny /3, 3a/ i blisko siebie, przy

150 555 czym oba elementy /1, 2/ są połączone z dalszymi stykami /8, 9/ i przewodem /10/ po przeciwnej stronie elementów /1, 2/, a prąd zmienny jest doprowadzany do pierwszych styków /6. 7/.

8. Urządzenie według zastrz.7, z n a m i e η n e tym. że styki /6, 7, 8. 9/ a także możliwie przewód /10/ są chłodzone. zwłaszcza za pomocą wody • 9. Urządzenie według zastrz.6, z n a m i e η n e tym. że powierzchnie /4a, 5a/ szczeliny /3a/ są kształtowane tak, że nachyla się je wz ględem siebie w kierunku pro- mieniowo do wewnątrz. 10. Urządzenie według zastrz.6, z n a m i e η n e tym. że powierzchnie /4,

4a, 5, 5a/ szczeliny /3, 3a/ są ukształtowane tak, aby umożliwić prowadzenie dwóch elementów /1, la, 2, 2a/, które mają być połączone, aby ścisnąć je razem po odpowiednim nagrzaniu obszarów powierzchni /4, 4a, 5, 5a/ szczeliny /3, 3a/, przy czym szczelina /3, 3a/ pomiędzy elementami /1, la, 2, 2a/ umożliwia spłukiwanie szczeliny /3, 3a/ w czasie procesu nagrzewania.

FI6.1

150 555

FIG.2

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

Cena 1500 zł