Способ индукционной пайки

 

СПОСОБ ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ, преимущественно стыков труб, при котором подготавливают торцы труб под косой стык, прокладывают между ними припой, сжимают торцы и нагревают их индуктором, расположенным над зоной стыка, отличающийся , тем, что, с целью повышения качества пайки за счет выравнивания температуры по нагреваемому объему, плоскость симметрии индуктора смещают относительно оси шва в сторону выхода шва на поверхность, обращенную к индуктору, на величину А oL c-to- oL d - толщина стенки трубы; где о/, - угол наклона стыка К - эмпирический коэффициент, зависящий от отношения теплопроводности основного металла и припоя К 1,0-0,3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 1 В 23 К 1/00 и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ысt d

А=

К

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3536050/25-27 (22) 10.01.83 (46) 15.08.84. Бюл. Ф 30 (72) А.Г. Шварцман, К.П. Филиппов, Г.В,. Будкин, В.Н. Иванов, В.И. Хоменко, В.В. Карабанов и О.N. Серафин (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт токов высокой частоты им. В.П. Вологдина (53) 621.,791. 367 (088.8) (56) 1. Вологдин В.В. Пайка и наплавка при индукционном нагреве.

M. — Ë., "Машиностроение", 1965, с. 22-31. (54)(57) СПОСОБ ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ, преимущественно стыков труб, при котором подготавливают торцы труб

„„SU„„1107972 . А под косой стык, прокладывают между ними припой, сжимают торцы и нагревают их индуктором, расположенным над зоной стыка, о т л и ч а юшийся. тем, что, с целью повышения качества пайки за счет выравнивания температуры по наrpеваемому объему, плоскость симметрии индуктора смещают относительно оси шва в сторону выхода шва на поверхность, обращенную к индуктору, на величигде d — толщина стенки трубы

Ц, — угол наклона стыка, К вЂ” эмпирический коэффициент, зависящий от отношения теплопроводности основного металла и припоя К = 1,0-0,3

1107972

Изобретение относится к индук" ционному нагреву локального участка изделия и может быть использовано при индукционной стыковой пайке изделий, в частности труб. 5

Известен способ индукционной пайки стыков труб, при котором подготавливают торцы труб под косой стык, прокладывают между ними припой, сжимают торцы и нагревают их 10 индуктором, расположенным над зоной стыл<а. При этом способе ось индуктора совмещают с осью шва (1 ).

Недостатком указанного способа является то, что при нагреве кольце- 15 вым.индуктором, совмещенным с осью шва, зоны косостыкового шва с припоем, электро- и теплофизические характеристики которого отличаются от этих же характеристик паяемого 20 материала,,температура по объему шва неравномерна, разность температур на наружнои и внутренней сторонах шва достигает 300-350 С. При индукционном нагреве температура определяется как за счет выделения тепла от протекающего по изделию тока, так и явлениями теплопроводности.

Преграда на пути потоков тепла из материала с худшей, чем у основного, теплопроводностью, расположенная на разных уровнях от наружной..поверхности по ширине зоны нагрева, нарушает обычное течение процессов нагрева.

Целью изобретения является выравнивание температуры по нагреваемому объему и повышение за счет этого качества пайки.

Указанная цель достигается за 1О счет того, что согласно способу индукционной пайки, преимущественно стыков труб, при котором подготавливают торцы труб под косой стьпс, прокладывают между ними припой, сжимают торцы и нагревают их индуктором, расположенным над зоной стыка, плоскость симметрии индуктора смещают относительно оси шва в сторону выхода шва на поверхность, обращенную к индуктору, на величину Д

dс1ВсС

2 где Й вЂ” толщина стенки трубы; 55

o(. — угол наклона стыл<а", К вЂ” эмпирический коэффициент, зависящий от отношения теплопроводности основного ме

1 талла и припоя 1П

1,0-0,3 °

На фиг.1 изображено паяемое соединение с установленным индуктором, поперечный разрез, на фиг. 2 диаграммы распределения температуры при различных положениях индуктора.

Кольцевой индуктор 1 установлен над нагреваемой зоной 2 трубы 3.

Кромки 4 и 5 трубы 3 скошены под углом п, Между скошенными кромками 4 и 5 проложен припой 6. Индуктор отстоит от нагреваемой поверхности на величину h а его плоскость симметрии 7 отстоит от оси 8 шва на величину Л .

Ток, индуцированный индуктором 1 в нагреваемой зоне 2 трубы 3, в зависимости.от частоты тока протекает по кольцу, внешний диаметр которого равен диаметру трубы 3, ширина кольца примерно равна ширине индуктора 1, а толщина зависит от частоты тока и принимается равной величине

Л=

М л ,где Л вЂ” глубина проникновения тока в металл трубы; (и =

= 2Ы вЂ” частота тока,,и- — магнитная проницаемость материала трубы,"

g — удельная электропроводность.

Однако величина Д вЂ” условная величина, равная расстоянию от поверхности проводника, на котором плотность тока с1 убывает в е раз, т.е. на 63,27. Действительный закон распределения плотности тока по толщине проводника есть экспонента х д" = о " — — где с1" — плотность

4 х тока на расстоянии Х от поверхности;

d" - плотность тока на поверхности проводника.

Таким образом, нагрев проводника индуцированным в нем током высокой частоты есть комплексньп процесс, связанный с протеканием тока и явлением теплопроводности, поэтому косая граница в теле проводника из материала с низшей теплопроводностью и с различным но длине границы тепловым и электрическим контактом существенно искажает тепловые процессы. При совмещении оси 8 индуктора t и оси 7 шва противолежащая индуктору поверхность трубы 3 отстает в нагреве (рассуждения про1107972

ЗО

3 водятся для оптимальной частоты тока, при котовой глубина. проникновения тока Д близка к толщине

8 стенки трубы). При этом разность температур между прилежащей и противолежащей индуктору стенкой трубы неодинакова по ширине шва, Свои особенности вносит косая граница в нагреваемой зоне. Пограничный слой проводника у кромки 4, 10 прилежащей к индуктору 1, имеющий меньшую по нормали к поверхности толщину, опережает в нагреве смежный с ним послеграничный слой у кромки 5. Однако закон распределения разности температур по ширине шва носит сложный характер, так как на температуру оказывает влияние и неодинаковое значение напряженности магнитного поля по ширине "короткого" индуктора, и тангенциальные потоки тепла как в холодные области трубы в сторону от индуктора, так и по зоне нагрева.

Аналитический расчет этих зависимостей весьма сложен.

Для получения равномерного нагрева по объему нагреваемую плоскость симметрии 7 индуктора 1 необходимо сместить от оси 8 шва в, сторону выхода шва на поверхность, прилежащую к индуктору 1, на величиас1ЮсС ,ну А, Величина A К, Коэф2 фициент К вЂ” эмпирический коэффициент, выбираемый в пределах от 1

35 до 0,3, зависит от отношения теплопроводности основного металла и припоя ° При отношении этих теплопроводностей близком к 1 К следует 40 выбирать ближе к нижнему пределу, в этом случае он будет учитывать лишь неплотный тепловой и электрический контакт между кромками 4,5 и припоем 6. При большой разнице в тепло- 45 проводностях k стремится к 1.

Пример. Проводился нагрев кольцевого участка трубы диаметром

426 ж-1, толщиной 24 мм кольцевым индуктором шириной 35 мм. Кромки трубы были скошены под углом 30 между ними проложен припой марки

П-87 толщиной 1,5 мм в виде кольца.

Для контроля температуры нагрева на внутреннюю и наружную поверхности трубы были зачеканены термопары по оси и по границам шва. Нагрев производился на частоте тока 800 Гц, время нагрева составляло 20 Ос. Ось индуктора совмещалась с осью шва (положение I) и передвигалась в процессе эксперимента в сторону выхода шва на наружную поверхность таким образом, что К = 1,0 (положение II) и К = 0,3 (положение III, фиг.2), При размещении индуктора точно над нагреваемой зоной (положение I) наблюдается отставание нагрева внутренней поверхности трубы, разность температур достигает 270 С, К = О.

При смещении оси индуктора на расстояние А вычисленная при К = 1 (положение II) разность температур между наружной и внутренней поверхностями уменьшается до 90, а при значении A вычисленном при К = 0,3, до 50ОС.

По сравнению с известным способом, при котором нагрев паяемой зоны производится кольцевым индуктором, расположенным точно над швом, изображение позволяет уменьшить перепад температур в нагреваемом под пайку объеме с 270 до 50 С и повысить качество пайки, где особенно важно иметь равномерный нагрев по всей спаеваемой поверхности.

Изобретение предполагается использовать при пайке кольцевых швов труб 219-530 мм и 820-1420 мм с толщиной стенки до 24 мм.

1107972

I 107 17 ) (f00

ШО

Составитель 3. Ветрова

Техред Л. Коцк бняк Корректор В. Гирняк

Редактор Л. Повхан

Заказ 5817/11

Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4