Устройство для индукционного нагрева сварных стыков железнодорожных рельсов при термообработке

Устройство для индукционного нагрева сварных стыков железнодорожных рельсов при термообработке.
Полезная модель относится к термической обработке металлических изделий и может быть использована для объемного индукционного нагрева сварных стыков железнодорожных рельсов в местах их эксплуатации перед закалкой, а также для других длинномерных изделий.
Известно, что сварка всегда приводит к образованию в сварном соединении дефектных структур, могущих привести к разрушению в условиях эксплуатации рельса. Структура шва, структура границ шва с основным металлом и структура околошовной зоны ослабляют сварное соединение. Эффективный путь исправления этих дефектов в области сварного соединения - термообработка после сварки. Нагрев после сварки с одновременным принудительным охлаждением деформируемой зоны для предотвращения процессов собирательной и вторичной рекристаллизации и получения мелкозернистой перлитной структуры в сварном соединении позволяет получить в сварном соединении ферритоперлитную смесь со свойствами, идентичными свойствам основного металла. При такой закалке необходимо, чтобы зона фазовой перекристаллизации перекрывала зону термического влияния сварки по всему сечению сварного соединения. Поскольку рельс в сечении имеет сложную форму, возникают определенные требования к конструкции индукционного нагревательного устройства, которое должно обеспечить определенное распределение температуры по сечению сварного соединения для обеспечения вышеуказанных задач, и разработанное с возможностью его применения в установках термической обработки сварных стыков рельсов в стационарных и путевых условиях.
Известен индуктор для термической обработки остряковых и рамных рельсов, имеющий форму поверхности катания головки, и подошвы рельса (патент РФ 2135607, однако, выполнение этого индуктора направлено на достижение оптимальных соотношений температур в головке и подошве рельса, и не учитывает распределение температуры по сечению, поэтому может оказаться, что в средней части головки и шейке не достигается необходимое распределение температуры и, вследствие этого, не достигается необходимая стойкость ударным нагрузкам и остается возможность возникновения поперечных трещин усталости в месте сварного соединения.
Наиболее близким по достигаемому эффекту и выполнению к заявляемой полезной модели является устройство индукционного нагрева по патенту РФ №2200764, содержащее индуктор, подключенный к источнику переменного тока высокой частоты, и выполненный в виде двух плоских прямоугольных спиралевидных обмоток, расположенных друг против друга с двух сторон рельса, «прямые» и «обратные» проводники которых разделены подвижными магнитопроводами, свободно перемещающимися относительно обмоток перпендикулярно боковым поверхностям рельса, при этом обмотки подключены к источнику питания так, чтобы обеспечить протекание токов в одном направлении в частях обмоток, прилегающих к головке рельса.
Недостатком данного устройства является возможность взаимовлияния «прямых» и «обратных» проводников с наложением магнитных полей с противоположным направлением, что приводит к их вычитанию.
Задача полезной модели - исключить взаимовлияние «прямых» и «обратных» проводников, при этом обеспечить высокий КПД нагрева, а также простую и удобную в изготовлении конфигурацию проводников в обмотках для создания их последовательной цепи.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для индукционного нагрева сварных стыков железнодорожных рельсов при термообработке, содержащем индуктор, включающий в себя две обмотки, выполненные с возможностью охватывания рельса с двух сторон в месте стыка с размещением проводников витков обмоток на частях рельса с соответствующим направлением тока, при этом проводники витков электрически соединены в последовательную цепь, подключенную к источнику переменного тока высокой частоты, проводники витков выполнены прямолинейными с возможностью размещения вдоль продольной оси рельса и с размерами, соответствующими заданному температурному полю нагрева стыка, при этом проводники витков, предназначенные для размещения на внешней поверхности половины подошвы и внешней поверхности половины головки рельса, имеют одно направление тока вдоль продольной оси рельса, а проводники витков, предназначенные для размещения на поверхности шейки рельса, имеют противоположное направление тока вдоль продольной оси рельса.
Далее сущность изобретения поясняется рисунком, на котором представлена конфигурация обмотки для выполнения устройства.
Устройство для индукционного нагрева сварных стыков железнодорожных рельсов при термообработке состоит из двух обмоток, расположенных в месте сварного стыка друг против друга с двух сторон рельса, имеющего головку, шейку и подошву. На рисунке схематически показаны область головки 1 рельса, область шейки 2 и область подошвы 3. Обмотки имеют плоскую прямоугольную спиралевидную конфигурацию, показанную на рис. 1 Плоские обмотки изогнуты таким образом, что каждая их них огибает часть головки рельса со своей стороны, соответствующую сторону шейки и верхнюю часть подошвы. В области головки 1 рельса расположены прямоугольные отрезки проводников 4, 5, 6 с одним направлением тока вдоль продольной оси рельса (например «прямые проводники»). В области подошвы 3 рельса также расположены отрезки «прямых» проводников 7, 8, и 9. В области 2 шейки рельса расположены отрезки проводников 10, 11, 12, 13, 14, 15 с противоположным направлением тока вдоль продольной оси рельса («обратные проводники»). Отрезки «прямых» и «обратных» проводников соединены в последовательную цепь с выводами 16 и 17, расположенных с одной стороны обмотки.
При работе индукционный нагрев ведут непосредственно на месте расположения рельса. Перед началом индукционного нагрева устройство устанавливают на рельсе в месте сварного стыка. Включается подача высокочастотного питания. Высокочастотный ток индуктирует токи высокой частоты в обмотках, расположенных с двух сторон рельса, которые возбуждают электромагнитное поле, воздействующее на область нагрева, вызывая в ней вихревые токи, разогревающие ее до необходимых температур. Предложенная конфигурация расположения витков с одним направлением тока и с противоположным направлением тока вдоль продольной оси рельса позволяет, используя форму рельса, исключить взаимовлияние «прямых» и «обратных» проводников, а, соответственно, наложение магнитных полей с противоположным направлением (т.е. их вычитание), повышая эффективность установки с данным индукторным узлом. Устройство удобно для изготовления, позволяя достаточно просто за счет такого расположения «прямых» и «обратных» проводников, сформировать требуемое температурное поле во всем объеме металла в области сварного стыка.
Для коррекции температурного поля на соответствующих витках можно разместить концентраторы магнитного потока.
Устройство легко и быстро настраивается на работу при переходе на рельсы другого сортамента.
Разработанное в настоящее время устройство предназначено для проведения нагрева сварных стыков перед их закалкой для термообработки рельсов Р50; Р65; Р75. Обеспечение необходимых условий нагрева места сварного стыка повышает безопасность движения поездов за счет получения необходимой прочности и пластичности сварных стыков.