SU1107972A1 - Method of induction soldering - Google Patents

Abstract

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, отличающийс , тем, что, с целью повышени  качества пайки за счет выравнивани  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, завис щий от отношени  теплопроводности основного металла и припо  К 1,0-0,3The method of induction soldering, mainly pipe joints, in which the ends of the pipes are prepared for oblique joints, solder between them, compress the ends and heat them with an inductor located above the joint zone, in order to improve the quality of soldering due to the heated volume, the plane of symmetry of the inductor is shifted relative to the axis of the seam towards the exit of the seam to the surface facing the inductor by the value of A oL c-to-oL d is the pipe wall thickness; where o /, is the angle of inclination of the junction K, the empirical coefficient depending on the ratio of thermal conductivity of the base metal and solder K 1.0-0.3

Description

СО Изобретение относитс  к индукционному нагреву локального участк издели  и может быть использовано при индукционной стыковой пайке из депий, в частности труб. Известен способ индукционной пайки стыков труб, при котором под готавливают торцы труб под косой стык, прокпадьшают между ними припой , сжимают торцы и нагревают их индуктором, расположенным над зоной стьпса. При этом способе ось индуктора совмещают с осью шва 1J. Недостатком указанного способа  вл етс  то, что при нагреве кольц вым.индуктором, совмещенным с осью шва, зоны косостыкового шва с припоем , электро- и теплофизические характеристики которого отличаютс  от этих же характеристик па емого материала, температура по объему шва неравномерна, разность температ на наружной и внутренней сторонах шва достигает 300-350с. При индукционном нагреве температура определ етс  как за счет вьщелени  тепла от протекающего по изделию тока, так и  влени ми теплопроводности. Преграда на пути потоков тепла из материала с худшей, чем у основного теплопроводностью, расположенна  на разных уровн х от наружной ..поверхности по ширине зоны нагрева, нарушает обычное течение процессов нагрева. Целью изобретени   вл етс  вырав нивание температуры по нагреваемому объему и повьш ение за счет этого ка чества пайки. Указанна  цель достигаетс  за счет того, что согласно способу индукционной пайки, преимущественно стыков труб, при котором подготавли вают торцы труб под косой стьпс, прокладывают между ними припой, ежи мают торцы и нагревают их индуктором , расположенным над зоной стыка плоскость симметрии индуктора смещают относительно оси шва в сторону выхода шва на поверхность, обращеннуюк индуктору, на величину Л , где d толщина стенки трубы; угол наклона стьпсау эмпирический коэффициент, завис щий от отношени  те лопроводности основного ме (1 ) талла и припо  k t,0-0,3. На фиг.1 изображено па емое соединение с установленным индуктором, поперечный разрез; на фиг. 2 диаграммы раслределени  температуры при различных положени х индуктора. Кольцевой индуктор 1 установлен над нагреваемой зоной 2 трубы 3. Кромки 4 и 5 трубы 3 скошены под углом d. Между скошенными кромками 4 и 5 проложен припой 6. Индуктор отстоит от нагреваемой поверхнос ти на величину Ъ, а его плоскость симметрии 7 отстоит от оси 8 шва на величину А. 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 принимаетс  равной величине 4 «--- ,где Л - глубина проникновени  тока в металл трубы; U) f - частота TOKaJ jU. - магнитна  проницаемость материала трубы -у- удельна  электропроводность. Однако величина /J - условна  величина, равна  рассто нию от поверхности проводника, на котором плотность тока с/ убывает в е раз, т.е. на 63,2%. Действительный закон распределени  плотности тока по толщине проводника есть экспонента x ee-iс/ У - плотность тока на рассто нии X от поверхности . cAg- плотность тока на поверхности проводника. Таким образом, нагрев проводника ивдуцированным в нем током высокой частоты есть комштексньй процесс, св занный с протеканием тока и  влением теплопроводности, поэтому коса  граница в теле проводника из материала с низшей теплопроводностью и с различным по длине границы тепловым и электрическим контактом существенно искажает тепловые процессы . При совмещении оси 8 инДуктора 1 и оси 7 шва противолежаща  индуктору поверхность трубы 3 отстает в нагреве (рассз ждени  проJ вод тс  дл  оптимальной частоты тока, при котооой глубина, проникновени  тока Л близка к толщине сЯ стенки трубы) . При этом разность температур между прилежащей и противолежащей индуктору стенкой трубы неодинакова по ширине шва. Свои особенности вносит коса  граница в нагреваемой зоне. Пограничный слой проводника у кромки 4, прилежащей к индуктору 1, имеющий меньшую по нормали к поверхности толщину, опережает, в нагреве смежный с ним послеграничный слой у кромки 5. Однако закон распределени  разности температур по ширине шва НО.СИТ сложный характер, так как на температуру оказывает вли ние и неодинаковое значение напр женности магнитного пол  по ширине короткого индуктора, и тангенциальные потоки тепла как в холодные области трубы в сторону от индуктора, так и по зоне нагрев Аналитический расчет этих зависимо тей весьма сложен. Дл  получени  равномерного наг рева 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 велич ну А , Величина А - -К , Коэф фициент К - эмпирический коэффициент , выбираемый в пределах от 1 до 0,3, зависит от отношени  тепл проводности основного металла и I припо . При отношении этих теплопроводностей близком к 1 К следу выбирать ближе к нижнему пределу, этом случае он будет учитывать лиш неплотный тепловой и электрически контакт ме ду кромками 4,5 и при поем 6. При большой разнице в тепл проводност х k стремитс  к 1. . Пример. Проводилс  нагрев кольцевого участка трубы диаметром 426 , 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. Дл  контрол  температуры нагрева на внутреннюю и наружную поверхности трубы были зачеканены термопары по оси и по границам шва. Нагрев производилс  на частоте тика 800 Гц, врем  нагрева составл ло 20 Ос. Ось индуктора совмещалась с осью шва (положение I) и передвигалась в процессе эксперимента в сторону выхода шва на наружную поверхность та- КИМ образом, что К 1,0 (положение II) и К 0,3 (положение III, фиг.2). При размещение индуктора точно над нагреваемой зоной (положение I) наблюдаетс  отставание нагрева внутренней поверхности трубы, разность температур достигает 270°С, К 0. При смещении оси индуктора на рассто ние А вычисленна  при К 1 (положение II) разность температур между наружной и внутренней поверхност ми уменьшаетс  до 90, а при значении А вычисленном при k 0,3, до 50°С. По сравнению с известным способом , при котором нагрев па емой зоны производитс  кольцевым индуктором , расположенным точно над швом, изображение позвол ет 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 предполагаетс  использовать при пайке кольцевых швов труб 219-530 мм и 820-1420 мм с толщиной стецки до 24 мм.CO. The invention relates to induction heating of a local region of an article and can be used for induction butt soldering from depy, in particular pipes. There is a method of induction soldering of pipe joints, in which pipes end up under the oblique joint, solder solder between them, squeeze the ends and heat them with an inductor located above the zone. In this method, the axis of the inductor combined with the axis of the seam 1J. The disadvantage of this method is that when the ring is heated by an extruder inductor combined with the axis of the seam, a zone of a kostosvykovy seam with solder, whose electrical and thermal characteristics differ from the same characteristics of the fallen material, the temperature throughout the seam is uneven; outer and inner sides of the seam reaches 300-350s. In induction heating, the temperature is determined both by the release of heat from the current flowing through the product and the heat conduction phenomena. An obstacle in the path of heat fluxes from a material with a worse thermal conductivity than the main one, located at different levels from the outer surface over the width of the heating zone, breaks the normal course of heating processes. The aim of the invention is to equalize the temperature over the heated volume and increase this soldering quality. This goal is achieved due to the fact that, according to the method of induction brazing, mainly pipe joints, in which the pipe ends are prepared under oblique braces, solder is placed between them, the ends are heated and the inductor is located above the joint zone, the inductor symmetry plane is offset from the axis seam in the direction of the seam on the surface facing the inductor, the value of L, where d is the wall thickness of the pipe; the angle of inclination of the stiffness is an empirical coefficient depending on the ratio of the conductivity of the base metal (1) tal and solder k t, 0-0.3. Figure 1 shows the paved connection with the installed inductor, a cross-section; in fig. 2 diagrams of temperature distribution at different positions of the inductor. The annular inductor 1 is installed above the heated zone 2 of the pipe 3. Edges 4 and 5 of the pipe 3 are beveled at an angle d. Solder 6 is placed between the beveled edges 4 and 5 and the inductor is separated from the heated surface by an amount b, and its plane of symmetry 7 is separated from the axis of the weld 8 by A. The current induced by inductor 1 in the heated zone 2 of pipe 3 depends on the frequency the current flows through the ring, the outer diameter of which is equal to the diameter of the pipe 3, the width of the ring is approximately equal to the width of the inductor 1, and the thickness depends on the frequency of the current and is assumed to be 4 = --- where L is the depth of current penetration into the metal of the pipe; U) f is the frequency of TOKaJ jU. - magnetic permeability of the material of the pipe - specific electrical conductivity. However, the value of / J is conditional, is equal to the distance from the surface of the conductor, at which the current density c / decreases by a factor of e, i.e. by 63.2%. The actual law of current density distribution over the thickness of a conductor is the exponent x ee-ic / Y - the current density at a distance X from the surface. cAg is the current density on the surface of the conductor. Thus, heating a conductor and a high-frequency current induced in it is a com- pact process associated with current flow and heat conduction, therefore the braid of the conductor’s body is made of a material with lower thermal conductivity and with different thermal and electrical contacts along the length of the thermal processes. When combining the axis 8 of the inductor 1 and the axis of the weld 7, the opposite to the inductor surface of the pipe 3 lags in heating (the speculations are conducted for the optimum current frequency, at which the depth, the penetration of current L is close to the thickness of the pipe wall). The temperature difference between the adjacent and opposite to the inductor wall of the pipe varies across the width of the seam. The spit boundary in the heated zone introduces its features. The boundary layer of the conductor at the edge 4, adjacent to the inductor 1, having a thickness smaller than normal to the surface, is ahead in heating adjacent adjacent page at the edge 5. However, the law of distribution of the temperature difference across the width of the HO.SIT seam is complex, since temperature is influenced by both the unequal value of the magnetic field strength across the width of the short inductor, and the tangential heat fluxes both in the cold regions of the pipe away from the inductor and in the heating zone. The analytical calculation of these dependences is very but complicated. To obtain a uniform heating along the volume, the heated symmetry plane 7 of inductor 1 must be displaced from the weld axis 8 towards the exit of the weld to the surface adjacent to the inductor 1 by A value, A value —A — K, Coefficient K is an empirical coefficient chosen ranging from 1 to 0.3, depends on the ratio of heat to the conductivity of the base metal and I solder. With a ratio of these thermal conductivities close to 1 K, the trace should be chosen closer to the lower limit; in this case, it will take into account the excessively loose thermal and electrically contact between the edges 4.5 and when we sing 6. With a large difference in thermal conductivities, k tends to 1.. Example. The annular section of a pipe with a diameter of 426 and a thickness of 24 mm was heated by a circular inductor 35 mm wide. The edges of the pipe were beveled at an angle of 30 °, between them there was a P-87 brand solder with a thickness of 1.5 mm in the form of a ring. To control the heating temperature, thermocouples were capped over the inner and outer surfaces of the pipe along the axis and along the seam edges. The heating was performed at a tick frequency of 800 Hz, the heating time was 20 OC. The inductor axis was combined with the axis of the seam (position I) and moved in the course of the experiment towards the exit of the seam to the outer surface in such a way that K 1.0 (position II) and K 0.3 (position III, figure 2). When the inductor is placed exactly above the heated zone (position I), the heating of the inner surface of the pipe is lagging behind, the temperature difference reaches 270 ° C, K 0. When the inductor axis is displaced by distance A, the temperature difference between the outer and inner is calculated at K 1 (position II). the surfaces are reduced to 90, and when the value of A is calculated at k 0.3, to 50 ° C. Compared with the known method, in which the heated zone is produced by an annular inductor located just above the seam, the image allows to reduce the temperature difference in the volume being heated for soldering from 270 to 50 ° C and to improve the quality of soldering, where it is especially important to have uniform heating the entire surface being soldered. The invention is intended to be used when brazing ring seams of pipes 219-530 mm and 820-1420 mm with a thickness of up to 24 mm.

ГR

таthat

1000 9001000 900

тt

oooo

тоthat

woowoo

тt

тt

700700

Claims (1)

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 величи^ну A oi ctg-olMETHOD OF INDUCTION SALTING, mainly pipe joints, in which pipe ends are prepared under an oblique joint, solder is laid between them, the ends are compressed and heated with an inductor located above the joint zone, different. in that, in order to improve brazing quality by equalizing the volume of the heated temperature, a plane of symmetry of the inductor is displaced relative to the joint axis in the direction of the seam on the exit surface facing the inductor to greatness ^well A oi ctg-ol А-----2 ---^k ' где d - толщина стенки трубы; с/ - угол наклона стыка; К - эмпирический коэффициент, зависящий от отношения теплопроводности основного металла и припоя К= 1,0-0,3A ----- 2 --- ^k 'where d is the pipe wall thickness; C / is the angle of inclination of the joint; K is an empirical coefficient depending on the ratio of thermal conductivity of the base metal and solder K = 1.0-0.3