ИНДУКТОР-ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ ПАЙКИ ТРУБОПРОВОДОВ В МОНТАЖНЫХ УСЛОВИЯХ

Область применения
Полезная модель относится к технологическим процессам, более конкретно к пайке трубопроводов, а может быть использована для монтажной пайки трубопроводов малых размеров (⌀ 10-40 мм.) из стали и титановых сплавов.
Уровень техники
Известна конструкция устройств индукционного нагрева тела трубопроводов, состоящих из двух медных водоохлаждаемых полуцилиндров, в которые вставлен паяемый трубопровод (Индукционная пайка. Ленинград. «Машиностроение» 1989. В.В. Вологдин, Э.В. Кущ, В.В. Асамов; Патент РФ №2119415 от 27.09.1998, Марьин Б.Н. и др.). Полуцилиндры разделены электроизоляционными прокладками, расположенными по образующим полуцилиндров и имеют внутренний диаметр больший, чем диаметр трубопровода. Труба центрируется относительно полуцилиндров с помощью крышек на концах полуцилиндров. Крышки состоят из двух уплотнительных полуколец из электроизоляционного материала с внутренним диаметром равным диаметру трубопровода. Медные полуцилиндры и крышки на их концах в собранном состоянии с трубой образуют замкнутый изолированный внутренний объем вокруг нагреваемого участка трубопровода, который заполняется проточным нейтральным газом, выходящим через неплотности из собранного нагревательного устройства. На собранные полуцилиндры навивается гибкий водоохлаждаемый индуктор и осуществляется нагрев паяемого участка трубопровода. Недостатком данного устройства является неуправляемое истечение аргона из его внутреннего объема через неплотности собранного нагревателя.
Сущность полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение возможности осуществления безокислительного нагрева всех соединяемых поверхностей трубопроводов и получения качественных паяных швов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в индукторе-трансформаторе для пайки трубопроводов в монтажных условиях, содержащем вторичную обмотку в виде двух медных электроизолированных полуцилиндров, с внутренними водоохлаждаемыми каналами, несущих уплотняющие полукольца из диэлектрического теплостойкого материала на своих концах внутренний диаметр которых выполнен равным наружному диаметру трубопроводов, и образующие совместно с соединяемыми трубопроводами, помещенными в полуцилиндры, замкнутую внутреннюю полость, заполняемую аргоном, и водоохлаждаемый индуктор навиваемый на собранную вторичную обмотку, уплотнительные кольца имеют калиброванные проточки на контактных поверхностях, прилегающих к трубопроводу, при этом суммарная величина площади проходных сечений сквозных каналов составляет величину от 0,1% до 1,25% от величины площади поперечного сечения трубопровода.
Такая конструкция уплотнительных колец обеспечивает равномерное истечение аргона из замкнутой внутренней полости, предотвращая образование застойных зон с остатками кислорода воздуха, окисляющего нагреваемые поверхности соединения трубопровода. Окисление поверхностей соединения является причиной недопустимых непропаев в соединениях.
В результате применения предлагаемой конструкции уплотнительных колец вторичной обмотки индукционного нагревателя предотвращается брак соединений трубопроводов, трудозатраты на исправление дефектов и дополнительные расходы на основные и вспомогательные материалы.
Перечень фигур на чертежах
Устройство полезной модели поясняется чертежами, на которых:
Фиг. 1 - показывает общий вид вторичной обмотки индукционного нагревателя с частичным разрезом;
Фиг. 2 - показывает расположение проточек (позиция 1) в асбоцементных полукольцах (позиции 2, 3) на разрезе А-А в масштабе 2:1;
Фиг. 3 - показывает расположение проточек (позиция 1) в асбоцементном полукольце (позиция 3) на разрезе А-А в масштабе 4:1.
Осуществление полезной модели
2
1 Устройство индукционного нагрева трубопроводов представляет собой высокочастотный трансформатор (фиг. 1), где первичной обмоткой служит гибкий водоохлаждаемый индуктор 20, навиваемый на вторичную обмотку. Количество витков в навиваемом индукторе - 7. В навиваемом индукторе по ГОСТ 9125 сечение многожильного провода 2,5 мм. Последний помещают в силиконовую трубку водоохлаждения.
Вторичная обмотка, являющаяся нагревателем, состоит из двух полукорпусов, изготовленных из меди M1 ГОСТ 859. Каждый полукорпус состоит их двух оболочек 6-9 (фиг. 2), соединенных пайкой. Конструкция оболочек предусматривает образование герметичных водоохлаждающих кольцевых каналов 21 и глухого канала 22 в нижнем полукорпусе для подачи аргона во внутренний объем, образованный полукорпусами. Водоохлаждающие каналы верхнего и нижнего полукорпусов соединены между собой гибкой связывающей силиконовой трубкой 18 по ТУ 9398-003-00152106, а также с замкнутой оборотной системой водоохлаждения с помощью патрубков 16, 17.
На двух концах полуцилиндров имеются встроенные и закрепленные с помощью термостойкого клея четыре полукольца из асбоцемента 2-5. Асбоцементные полукольца 2-5 плотно охватывают трубки 10, 11, выходящие из нагревателя и имеют проточки 1 для выхода аргона из замкнутой полости.
Трубки 10, 11 диаметром 20 мм собирают между собой с помощью муфты 12, во внутренние проточки которой наносят припой на медной основе 13.
Собранные трубопроводы помещают между двумя полуцилиндрами, которые смыкаются по образующим, образуя вторичную обмотку-нагреватель. На торцевой образующей поверхности нижнего полукорпуса 8 имеется канавка, которая заполнена теплостойким герметиком 14. В канавку входит нож 23 верхнего полукорпуса 9, уплотняя зазоры и изолируя внутренний объем нагревателя от окружающей воздушной атмосферы.
В результате сборки нагревателя и трубок образовался внутренний замкнутый объем 15, в который подают аргон через патрубок 19.
Для нагрева и пайки использовали транзисторный генератор с частотой 40 кГц и мощностью 25 кВт.
Пайку следует осуществлять следующим образом:
- Собранный узел из трубок 10, 11 и муфты 12 помещают в полуцилиндры 6-9 вторичной обмотки устройства, совместив последние между собой вокруг места соединения труб;
- Соединяют шланги подачи аргона 19 в замкнутый объем 15 и во внутреннюю полость труб;
Обеспечивают истечение аргона во внутреннюю полость трубопровода (на черт. не показано) с расходом 2 л/мин. и в замкнутый объем 15 нагревателя - 5 л/мин;
- Навивают гибкий водоохлаждаемый индуктор 20 на собранную вторичную обмотку устройства;
- Подключают вторичную обмотку и гибкий навитый индуктор 20 к системе водоохлаждения;
- Соединяют гибкий индуктор с высокочастотным генератором;
- Включают генератор, осуществляя высокочастотный нагрев соединяемых труб 10, 11 и муфты 12;
- Производят пайку соединения. Режим пайки обеспечивается установленными рабочими параметрами высокочастотного генератора.
Температура нагрева 1140-1180°C. Оптимальное время нагрева 56-70 сек. Выдержки при температуре пайки 10-15 сек.
- По окончании нагрева охлаждают соединение в атмосфере аргона в течение 5-15 мин.
Из-за неравномерного истечения аргона через неплотности собранного нагревателя в внутреннем объеме нагревателя образовались непродуваемые области с застойной атмосферой из смеси аргона и воздуха, приводящие к окислению нагреваемых поверхностей одной из трубок, подлежащих пайке. Это являлось причиной образования непропаев и брака соединения.
2
2 Для предотвращения непропаев и брака на прилегающих к трубкам поверхностям асбоцементных полуколец делали проточки 1 (фиг. 2), обеспечивающие выход аргона из замкнутой внутренней полости нагревателя, где осуществляется нагрев и пайка соединения труб. Проходное сечение каждой проточки 0,16 мм, расстояние между проточками 5 мм (табл. 1). При расстоянии от 1 до 3 мм между проточками поверхность одной из труб и части поверхности муфты была подвержена окислению из-за наличия при нагреве застойной зоны во внутренней полости нагревательного устройства. Увеличение расхода Ar не приводит к положительным результатам.
2
3 При проходном сечении каждой из проточек 0,25 мм светлая неокисленная поверхность после нагрева обеспечивается при шаге проточек 4-6 мм. Увеличение шага до 10 мм приводит к частичному окислению из-за слишком разнесенного расположения проточек для истечения Ar и образования небольших застойных зон. Увеличение в этом случае расхода Ar не исключает образование небольших размеров окисленной поверхности.
2
4 При проходном сечении одной проточки 0,5 мм светлая неокисленная поверхность после нагрева обеспечивается при тех же значениях шага проточек. При увеличении шага до 10 мм даже увеличение расхода аргона до 10 л/мин не приводит к полному исчезновению цветов побежалости на нагреваемой поверхности труб.
5 Увеличение проходного сечения проточки до 0,9 мм приводит к окислению нагреваемой поверхности трубок даже при увеличенном расходе аргона и шага проточек, что, вероятно, связано с проникновением кислорода воздуха во внутреннюю полость через каналы увеличенного переходного сечения.
Как было экспериментально установлено, полученные результаты справедливы для безокислительного нагрева и пайки труб в диапазоне 10-40 мм.
Технико-экономические преимущества предлагаемой полезной модели
Предлагаемая конструкция устройства вторичной обмотки высокочастотного нагревателя позволяет:
- предотвратить образование бракованных соединений трубопроводов;
- снизить трудоемкость изготовления трубопроводных систем за счет исключения операций по ремонту трубопроводных систем с выявленными бракованными соединениями;
- снизать расход основных и вспомогательных материалов используемых при ремонте.
1

т
2
Из таблицы 1 следует, что при величине площади проходного сечения одной проточки S=0,25…0,5 мм обеспечивается безокислительный процесс пайки. При этом отношение суммарной площади на сторону нагревателя S к площади поперечного сечения паяемого трубопровода S выражается следующим образом:
где t - шаг расположения проточек, рекомендуемый t=4…6;
т
D - диаметр паяемого трубопровода в диапазоне от 10 до 40 мм.
т
Таким образом, суммарная площадь проточек составляет следующую величину от площади поперечного сечения трубопровода S:

т
S=0,1…1,25%·S,
при этом соотношении стоит учесть, что большая величина соответствует меньшему диаметру паяемого трубопровода, и наоборот.