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APPAREIL DE CHAUFFAGE PAR-INDUCTION POURLA SOUDURE CONTINUE DE
TUBES..
La présente invention concerne un appareil de chauffage par in- duction pour la soudure continue de tubes du genre comportant un inducteur qui entoure la pièce à la manière d'un enroulement mais présente complémen- tairement un coude s'étendant en épingle à cheveux le long des bords à réu- nir par soudure. L'effet d'un appareil de ce genre c'est que les courants induits circulent le long des bords à souder et les portent progressivement à des températures de plus en plus élevées dont le maximum au fond du coude en épingle à cheveux correspond à la température de soudure. Les courants induits se ferment au point de soudure où la résistance de passage plus grande engendre une augmentation complémentaire de la température.
Les appareils de ce genre ont fait leurs preuves. Ils donnent lieu cependant à des difficultés en ce sens que, dans certains cas,la tem- pérature nécessaire à la soudure n'est pas atteinte au point de soudure, de sorte que le joint longitudinal du tube n'est pas soudé ou n'est que mal soudé.
L'invention consistè essentiellement à maintenir un rapport dé- terminé entre la distance séparant le point de soudure de l'inducteur en- tourant la pièce et le diamètre extérieur du tube. Suivant l'invention, cette distance doit être égale à environ 75% de ce diamètre, et 'elle ne doit pas être inférieure ni supérieure de plus de-15% à cette valeur. Il est vrai que la fréquence du courant d'induction exerce également une action sur le choix de la distance, mais le technicien sait qu'il doit opérer avec 10. 000 périodes environ pour des épaisseurs de 1 à 2 mm. du tube, et avec 2. 000 périodes environ pour des épaisseurs de 3 à 6 mm. Pour les épaisseurs intermédiaires, on choisit des fréquences intermédiaires proportionnelles.
Pour un choix judicieux de ce genre de la fréquence du courant d'induction, la règle précitée est d'ailleurs valable pour la mise en oeuvre sans qu'il soit nécessaire de tenir spécialement compte de la fréquence. En principe,
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une fréquence relativement élevée déplace le point de soudure le plus favo- rable dans le sens d'un raccourcissement de la longueur du coude qui est cependant comprise dans la longueur précitée de 75%,du diamètre extérieur du tube si la fréquence est convenablement choisie en fonction de l'épais- seur de paroi du tube. De plus, on peut choisir la longueur du coude de l'inducteur de façon que le fond de l'épingle à cheveux soit placé à proxi- mité immédiate du point de soudure réel.
Toutefois, il peut être indiqué dans certains cas de prévoir ce fond de l'épingle à cheveux au delà du point de soudure réel, pour augmenter la tension magnétique dans la zone du point de soudure et, par conséquent, l'induction, et pour permettre égale- ment le contrôle des conditions de refroidissement du joint de soudure.
Pour ce cas, il convient donc de choisir la longueur du coude de fagon qu' elle soit un peu supérieure à la distance entre le point de soudure et la partie de l'inducteur qui l'entoure.
L'inducteur suivant l'invention comporte donc un coude en for- me d'épingle à cheveux dont la longueur correspond à peu près à 75 % du diamètre extérieur du tube à souder, et qui n'est surtout pas inférieure ni supérieure de plus de 15% à cette valeur.
Avec un inducteur de ce genre suivant l'invention, il est pos- sible de fermer les joints longitudinaux de tubes avec certitude, même avec une vitesse de soudure élevée. Cependant, il peut être avantageux de chauf- fer préalablement davantage les bords à souder, ce qui permet d'augmenter davantage la vitesse de soudure. A cet effet, on fait précéder l'appareil de chauffage à induction et de soudure de deux serpentins de conducteurs de chauffage montés en parallèle ou en série dans la direction de l'avancement de la pièce, l'agencement étant tel qu'une branche de chaque serpentin soit disposée le long des bords à souder. On a trouvé qu'il est particulièrement indiqué de faire circuler les courants dans des directions opposées dans les branches placées à proximité des bords.
On comprend immédiatement que l'enroulement avec son coude en épingle à cheveux, ainsi que les deux serpentins formés de conducteurs chauf- fants destinés au chauffage préalable des bords, peuvent être branchés sur le même générateur. Toutefois il est particulièrement avantageux d'alimen- ter ces deux parties de l'ensemble à partir de générateurs séparés, ce qui augmente les'possibilités de réglage de l'opération de soudure et n'exige également que des transformateurs relativement petits, capables d'assurer séparément l'opération de soudure, à condition que la vitesse de soudure soit réduite à une valeur inférieure à la moitié.
Les particularités de l'invention donnent par conséquent un en- semble fonctionnant avec sûreté et à grande vitesse, dont l'avantage ré- side par ailleurs dans ce fait qu'il est largement à l'abri des pannes des organes électriques.
Le dessin annexé représente schématiquement deux modes de réali- sation possibles de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation de l'inducteur entourant la pièce et présentant un coude en épingle à cheveux.
La fig. 2 représente le même inducteur précédé de deux serpentins formés de conducteurs chauffants.
Il s'agit de fermer par un joint de soudure continu 2 le tube fendu 1. A cet effet, on utilise un inducteur dont la partie 3 entoure le tube 1 à la manière d'un enroulement. ,En regard du joint de soudure 2, l'en- roulement 3 présente un coude 4 en forme d'épingle à cheveux, dont le fond 5 est placé en regard du point où doit avoir lieu la soudure 6 ou au delà de ce point pour permettre l'augmentation de la tension magnétique dans la zone du point de soudure, et le contrôle du refroidissement de la soudure dans certaines limites.
Suivant le principe sur lequel est fondée l'invention, il s'agit d'obtenir que la distance 7 entre le point de soudure 4 et l'inducteur en- tourant le tube se trouve' dans un rapport déterminé avec le diamètre de la
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partie 1, si l'on désire que la partie 3 de l'inducteur entourant le tube porte le pourtour de celui-ci à des températures très élevées dans les zones 8, alors que le point de soudure réel 6 reste froid ou ne présente qu'une température insuffisante, la soudure n'ayant alors pas lieu ou n'ayant lieu que défectueusement.
La distance et, par conséquente la longueur 7 du coude doit correspondre à environ 75% du diamètre du tube 1. De toute façon elle ne doit pas être inférieure ni supérieure de plus de 15% à ces 75% du diamètre.
Ainsi que,le montrent les figures, il est également avantageux de porter le fond du coude5 de l'épingle à cheveux à une certaine distance au delà du point de soudure réel, parce qu'il en résulte une distribution favorable du courant en ce point de la pièce. Cette distribution exerce une action favorable non seulement sur la soudure en soi, mais également sur le refroidissement du joint de soudure.
Si l'on remplit ces conditions, on obtient une courbe de chauf- fage caractérisée en ce que les bords à souder 9 s'échauffent de plus en plus en direction du point de soudure 6 pour atteindre finalement la température de soudure en ce point. L'échauffement des bords 9 est tel qu'il est possi- ble d'opérer à des vitesses de soudure très élevées sans risquer une réduc- tion de la qualité du joint de soudure. Si l'on désire augmenter davantage la vitesse de soudure,on prévoit (Fig. 2) en dehors de l'inducteur 3-4 deux serpentins formés de conducteurs chauffants 10 et 10' de façon que chaque branche 11 ou 11' s'étende le long des bords à souder 9. De préférence, le sens de circulation du courant dans la branche Il est opposé au sens de cir- culation dans la branche 11' ainsi que l'indiquent les flèches dans la fig.
2. Il en résulte que les bords sont le lieu d'une circulation intense de courants induits, qui sont concentrés à proximité de la surface des bords par l'effet du rapprochement. On peut augmenter davantage l'effet de chauf- fage à l'aide de culasses feuilletés 12 et 12' en fer doux.
On voit que, grâce à cet agencement, les bords à souder de la pièce déjà portés à une température élevée entrent dans cet état dans l'in- ducteur 3-4 où les courants induits sont de nouveau obligés de circuler sous une forte concentration le long des bords. On voit également qu'on peut atteindre de cette manière des températures de soudure extrêmement élevées, ou des vitesses de soudure très élevées pour. les matières n'exigeant pas des températures de soudure aussi élevées.
Les serpentins des conducteurs de chauffage 10 et 10' peuvent être connectés en parallèle ou en série, et il est parfaitement possible de les brancher au même générateur que l'inducteur 3-4.
Cependant il est avantageux d'alimenter les serpentins des con- ducteurs de chauffage 10 et 10' en parallèle ou en série à l'aide d'un géné- rateur séparé, notamment si l'on opère à des fréquences de 5000 périodes et plus. En effet, on obtient de cette manière des montages plus simples, et il suffit d'utiliser deux générateurs de puissance relativement faible qui peuvent être considérés dans une certaine mesure comme des générateurs de réserve l'un pour l'autre. En effet, en cas de panne d'un générateur pour des raisons d'ordre électrique, on peut dans certaines conditions con- tinuer de souder avec le ou les inducteurs branchés à l'autre générateur, quoique la vitesse de soudure soit alors réduite au delà de la moitié.
Les détails de réalisation constructives de l'appareil peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équiva- lences techniques.
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INDUCTION HEATER FOR CONTINUOUS WELDING OF
TUBES ..
The present invention relates to an induction heater for the continuous welding of tubes of the kind comprising an inductor which surrounds the workpiece in the manner of a winding but additionally has an elbow extending in a hairpin along the length of the tube. edges to be joined by welding. The effect of a device of this kind is that the induced currents circulate along the edges to be welded and gradually bring them to higher and higher temperatures, the maximum of which at the bottom of the hairpin bend corresponds to the solder temperature. The induced currents close at the weld point where the larger flow resistance causes a further increase in temperature.
Devices of this kind have proved their worth. However, they give rise to difficulties in that in some cases the temperature necessary for the weld is not reached at the weld point, so that the longitudinal joint of the tube is not welded or not. is that poorly soldered.
The invention essentially consists in maintaining a definite ratio between the distance separating the weld point of the inductor surrounding the part and the outside diameter of the tube. According to the invention, this distance must be equal to approximately 75% of this diameter, and it must not be less than or greater by more than 15% than this value. It is true that the frequency of the induction current also exerts an action on the choice of the distance, but the technician knows that he must operate with approximately 10,000 periods for thicknesses of 1 to 2 mm. of the tube, and with approximately 2,000 periods for thicknesses of 3 to 6 mm. For the intermediate thicknesses, proportional intermediate frequencies are chosen.
For a judicious choice of this type of frequency of the induction current, the aforementioned rule is moreover valid for the implementation without it being necessary to take special account of the frequency. In principle,
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a relatively high frequency moves the most favorable weld point in the direction of a shortening of the length of the bend which is however included in the aforementioned length of 75%, of the outside diameter of the tube if the frequency is suitably chosen in depending on the wall thickness of the tube. In addition, the elbow length of the inductor can be chosen so that the bottom of the hairpin is placed in close proximity to the actual weld point.
However, it may be advisable in some cases to provide this bottom of the hairpin beyond the actual solder point, to increase the magnetic voltage in the region of the solder spot and, therefore, the induction, and for also allow control of the cooling conditions of the weld joint.
For this case, it is therefore advisable to choose the length of the elbow so that it is a little greater than the distance between the solder point and the part of the inductor which surrounds it.
The inductor according to the invention therefore comprises an elbow in the form of a hairpin, the length of which corresponds approximately to 75% of the external diameter of the tube to be welded, and which is above all not lower or higher. from 15% to this value.
With an inductor of this kind according to the invention, it is possible to close the longitudinal joints of tubes with certainty, even with a high welding speed. However, it may be advantageous to pre-heat the edges to be welded, which further increases the welding speed. To this end, the induction heating and welding apparatus is preceded by two coils of heating conductors connected in parallel or in series in the direction of the advance of the workpiece, the arrangement being such as a branch of each coil is arranged along the edges to be welded. It has been found that it is particularly suitable to circulate the currents in opposite directions in the branches placed near the edges.
It is immediately understood that the winding with its hairpin bend, as well as the two coils formed of heating conductors intended for the preliminary heating of the edges, can be connected to the same generator. However, it is particularly advantageous to feed these two parts of the assembly from separate generators, which increases the possibilities of adjusting the welding operation and also requires only relatively small transformers capable of 'separately carry out the welding operation, provided that the welding speed is reduced to a value less than half.
The peculiarities of the invention consequently give an assembly which operates safely and at high speed, the advantage of which furthermore lies in the fact that it is largely immune to breakdowns of the electrical components.
The accompanying drawing schematically shows two possible embodiments of the invention.
Fig. 1 is an elevational view of the inductor surrounding the part and showing a hairpin bend.
Fig. 2 represents the same inductor preceded by two coils formed by heating conductors.
This involves closing the split tube 1 with a continuous solder joint 2. For this purpose, an inductor is used, part 3 of which surrounds the tube 1 in the manner of a winding. , Opposite the solder joint 2, the winding 3 has an elbow 4 in the form of a hairpin, the bottom 5 of which is placed opposite the point where the soldering 6 is to take place or beyond this point to allow the increase of the magnetic tension in the area of the weld point, and the control of the cooling of the weld within certain limits.
According to the principle on which the invention is based, the aim is to obtain that the distance 7 between the weld point 4 and the inductor surrounding the tube is in a determined ratio with the diameter of the tube.
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part 1, if it is desired that part 3 of the inductor surrounding the tube brings the periphery of the latter to very high temperatures in zones 8, while the actual weld point 6 remains cold or only presents 'insufficient temperature, welding then not taking place or only taking place defective.
The distance and, consequently the length 7 of the bend must correspond to approximately 75% of the diameter of the tube 1. In any case, it must not be less than or greater by more than 15% than these 75% of the diameter.
As shown in the figures, it is also advantageous to bring the bottom of the bend5 of the hairpin a certain distance beyond the actual weld point, because this results in a favorable distribution of the current at this point. of the room. This distribution exerts a favorable action not only on the weld itself, but also on the cooling of the weld joint.
If these conditions are fulfilled, a heating curve is obtained, characterized in that the edges to be welded 9 heat up more and more in the direction of the weld point 6 to finally reach the weld temperature at this point. The heating of the edges 9 is such that it is possible to operate at very high welding speeds without risking a reduction in the quality of the weld joint. If it is desired to further increase the welding speed, two coils formed by heating conductors 10 and 10 'are provided (Fig. 2) outside the inductor 3-4 so that each branch 11 or 11' extends along the edges to be welded 9. Preferably, the direction of flow of current in branch II is opposite to the direction of flow in branch 11 'as indicated by the arrows in FIG.
2. As a result, the edges are the site of an intense circulation of induced currents, which are concentrated near the surface of the edges by the effect of the approach. The heating effect can be further increased by using laminated yokes 12 and 12 'of soft iron.
It can be seen that, thanks to this arrangement, the edges to be welded of the part already brought to a high temperature enter this state in the inductor 3-4 where the induced currents are again forced to flow under a high concentration on along the edges. It can also be seen that extremely high welding temperatures can be achieved in this way, or very high welding speeds for. materials do not require such high welding temperatures.
The coils of heating conductors 10 and 10 'can be connected in parallel or in series, and it is perfectly possible to connect them to the same generator as inductor 3-4.
However, it is advantageous to feed the coils of the heating conductors 10 and 10 'in parallel or in series with the aid of a separate generator, in particular if one operates at frequencies of 5000 periods and more. . In fact, simpler assemblies are obtained in this way, and it suffices to use two generators of relatively low power which can be considered to a certain extent as reserve generators for each other. In fact, in the event of failure of a generator for electrical reasons, it is possible under certain conditions to continue welding with the inductor (s) connected to the other generator, although the welding speed is then reduced to beyond half.
The details of the construction of the apparatus may be varied, without departing from the invention, within the scope of technical equivalents.