專利名稱：導(dǎo)電工件在具有通量補(bǔ)償器的螺線管線圈中的受控電感應(yīng)加熱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位于螺線管感應(yīng)線圈內(nèi)的導(dǎo)電工件的電感應(yīng)加熱。
背景技術(shù)：
電感應(yīng)加熱可用于加熱導(dǎo)電材料。例如，在鍛造、擠壓、滾壓及其它金屬熱成形操 作之前可使用感應(yīng)加熱。在其它應(yīng)用中，導(dǎo)電工件的感應(yīng)加熱可用于熱處理過程如硬化、退 火、正火、應(yīng)力消除和回火。一些應(yīng)用要求整個(gè)工件的均勻加熱，而其它應(yīng)用要求加熱工件 的特定區(qū)域，或者在擠壓過程之前要求將工件如鋁坯從頭到尾加熱到梯度溫度。如圖1(a)中所示，圓柱形形狀的工件90保持在螺線管感應(yīng)線圈30內(nèi)的適當(dāng)位 置。用于將工件保持在線圈內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)未在圖1(a)中示出。當(dāng)適當(dāng)?shù)慕涣鞴β适┘拥?線圈時(shí)，導(dǎo)電工件由與交流電流流過線圈建立的大致縱向的通量場的磁耦合感應(yīng)加熱。當(dāng) 希望沿工件長度方向均勻加熱時(shí)，工件定位在線圈中使得線圈的兩端懸在線圈中的工件的 兩端之上。如圖中所示，線圈和工件的縱向中心軸(圖1(a)中指示為X')可重合，及線圈 大致成形為與工件的縱向表面相符或者實(shí)現(xiàn)沿工件長度方向變化程度的感應(yīng)加熱。在線圈 每一端處的線圈外伸距離x。h控制在線圈內(nèi)部外伸區(qū)域中建立的通量場的形狀，如該例子 中所要求的，使得在工件兩端內(nèi)建立的通量場強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)沿工件長度方向的均勻加熱，包括 工件的兩端。例如，可在圖1(c)中的相鄰理想化等溫虛線之間形成的等溫截面區(qū)域Ris。中 沿工件的整個(gè)長度L1實(shí)現(xiàn)均勻的縱向溫度T1 (在圖1(b)中圖示)。實(shí)現(xiàn)該工件加熱輪廓 所需要的外伸距離受多個(gè)參數(shù)影響，包括工件的外徑(OD)、工件的總長度、工件的物理和冶 金性質(zhì)、線圈幾何結(jié)構(gòu)、及施加到線圈的交流功率的頻率。術(shù)語“工件特性”用于總稱工件 的物理尺寸和冶金性質(zhì)。因此，其中每一線圈具有獨(dú)特特性及可能還具有不同電源的不同 線圈理想地用于均勻加熱不同尺寸或不同物理性質(zhì)的工件。然而，在工業(yè)環(huán)境中改變線圈 以適應(yīng)具有不同特性的工件的時(shí)間和成本效率均低。因此，通常進(jìn)行調(diào)節(jié)以在連接到一個(gè) 交流電源的同一感應(yīng)線圈中加熱各種大小的工件，但具有變化的成功程度。單一感應(yīng)線圈中加熱的工件的長度變化直接影響線圈每一端處的線圈外伸距離， 因而影響沿感應(yīng)加熱的工件的總長度的溫度分布。例如，當(dāng)在為均勻縱向加熱較長總長度 的圓柱形工件設(shè)計(jì)的感應(yīng)線圈中感應(yīng)加熱相對較短總長度的圓柱形工件時(shí)，相較較長工件 的外伸區(qū)域，暴露給更大線圈外伸區(qū)域的較短工件的端部區(qū)域?qū)⒕哂羞^多的熱源，因而相 對于較短工件的中心區(qū)域?qū)⑦^熱。例如，圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)中的每一個(gè)示出了同一 感應(yīng)線圈30用于感應(yīng)加熱具有不同尺寸的三個(gè)工件。圖2(a)中的工件90a具有等于OD1 的OD和等于L1的總長度；圖2(a)中的工件90a具有等于OD1的OD和等于L1的總長度；圖 2(b)中的工件90b具有等于OD1WOD和等于L2的長度，L2小于長度L1;圖2 (c)中的工件 90c具有等于OD2WOD和等于L1的總長度，OD2小于外徑OD115如圖2(a)'、圖2 (b)‘和圖 2(c)'中分別對應(yīng)于圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)的加熱工件溫度分布曲線所示，線圈外伸距 離乂-沿圖〗^)中所示特定幾何結(jié)構(gòu)的工件的總長度提供所希望的均勻溫度分布，但同一
4線圈沿圖2(b)和圖2(c)中不同幾何結(jié)構(gòu)的工件的長度不能提供溫度均勻性。之后，將較 短工件非對稱地定位在線圈中(圖2(b))使得一端的線圈外伸距離為最佳距離(X。hl)將在 工件的該端提供所希望的溫度均勻性，代價(jià)是在工件的另一端出現(xiàn)增強(qiáng)的過熱。加熱其OD 小于感應(yīng)線圈設(shè)計(jì)成對之均勻加熱的工件OD的工件導(dǎo)致較小OD工件的端部欠熱，這由對 應(yīng)于圖2(c)方案的圖2(c)‘中所示的電磁端部效應(yīng)的熱源減少引起。如果兩個(gè)工件具有相同形狀但由具有不同物理或冶金性質(zhì)的材料制成，例如具有 不同電阻率(P )的金屬合金，使用設(shè)計(jì)來將兩個(gè)工件中具有電阻率P ！的第一工件感應(yīng)加 熱到均勻縱向溫度分布的感應(yīng)線圈和電源將導(dǎo)致具有電阻率P2的第二工件的端部過熱， 這由電磁端部效應(yīng)引起，其中P2小于P115相反，如果第二工件具有大于P1W電阻率P3， 則將導(dǎo)致第二工件的端部欠熱。在線圈兩端具有電源連接的單螺線管線圈的備選方法是沿線圈一端的長度具有 多個(gè)電源抽頭連接80，如圖3(a)和圖3(b)中圖示。通過基于將要在線圈中加熱的工件的 特性選擇電源端部抽頭80，可改變線圈的加電長度因而改變外伸距離以實(shí)現(xiàn)具有不同特性 的工件的均勻加熱，前述工件如圖3(b)中的工件90a'(使用端部抽頭80b)，其總長度比圖3(a)中的工件90a(使用端部抽頭80a)短。 這種多抽頭結(jié)構(gòu)有幾個(gè)缺點(diǎn)。例如，當(dāng)手動改變抽頭時(shí)，失去一些工件加熱生產(chǎn)時(shí)間。這些 及其它因素使多抽頭線圈結(jié)構(gòu)不利于感應(yīng)加熱大量具有不同特性的工件。本發(fā)明的目標(biāo)之一在于在同一感應(yīng)線圈或感應(yīng)線圈組合中有選擇地控制具有不 同特性的導(dǎo)電工件的感應(yīng)加熱溫度分布。本發(fā)明的另一目標(biāo)在于在單感應(yīng)線圈或感應(yīng)線圈組合中沿具有不同特性的導(dǎo)電 工件的總長度實(shí)現(xiàn)均勻的溫度分布。本發(fā)明的又一目標(biāo)在于通過在單一感應(yīng)線圈中有選擇地控制具有不同特性的導(dǎo) 電工件的感應(yīng)溫度分布而提高包括單一感應(yīng)線圈和電源的感應(yīng)加熱系統(tǒng)的通用性。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明為在從交流電源接收功率的至少一螺線管線圈中電感應(yīng)加熱導(dǎo)電 工件的裝置和方法，其中至少一通量補(bǔ)償器被使得靠近線圈中的工件的至少一端以影響工 件的感應(yīng)加熱溫度分布。通量補(bǔ)償器基于將要感應(yīng)加熱的工件的特性及所要求的感應(yīng)加熱 溫度分布進(jìn)行選擇。另一方面，本發(fā)明為在沒有通量集中器的情況下控制導(dǎo)電工件中感應(yīng)的縱向截面 加熱分布的裝置和方法。工件定位在螺線管型感應(yīng)線圈中使得鄰近工件端部存在線圈外伸 區(qū)域。通量補(bǔ)償器定位在線圈外伸區(qū)域中，通量補(bǔ)償器的一端非常接近工件端部以改變工 件端部中感應(yīng)的縱向截面加熱分布。在本發(fā)明的其它例子中，在通量補(bǔ)償器和工件的對向 端之間提供電磁間隙。交流電流提供給感應(yīng)線圈以在導(dǎo)電工件中產(chǎn)生感應(yīng)的縱向截面加熱 分布。本發(fā)明的上述及其它方面在本說明書及所附權(quán)利要求中提出。


如下簡要匯總的附圖僅為示意性理解本發(fā)明的目的給出，并不限制本說明書及所
5附權(quán)利要求中進(jìn)一步提出的發(fā)明圖1(a)示出了螺線管線圈的截面圖，導(dǎo)電工件定位在線圈中使得線圈兩端處的 線圈外伸距離一樣；圖1(b)圖示了對于圖1(a)中所示的線圈和工件方案在圖1(c)所示的 理想化截面等溫區(qū)域Ris。沿工件長度獲得的均勻溫度分布。圖2(a)'、圖2(b)'和圖2(c)'示出了當(dāng)分別按圖2 (a)、圖2 (b)和圖2 (c)方案 所示在同一感應(yīng)線圈中感應(yīng)加熱時(shí)沿具有不同特性的工件的總長度的溫度分布的變化。圖3(a)和圖3(b)示出了多抽頭線圈的截面圖，其可用于補(bǔ)償具有不同特性的各 種工件的感應(yīng)加熱以使各種工件的不規(guī)則端部加熱的影響最小。圖4 (a)、圖4 (b)和圖4 (c)示出了本發(fā)明的電感應(yīng)加熱裝置的一個(gè)例子的截面圖。圖5(a)示出了截面圖，其中導(dǎo)電工件插入感應(yīng)線圈內(nèi)使得線圈兩端處的線圈外 伸距離一樣；及圖5(b)示出了對于圖5 (a)中所示的線圈和工件布置，沿工件長度可實(shí)現(xiàn)的 均勻溫度分布。圖6(a)示出了本發(fā)明的電感應(yīng)加熱裝置的另一例子的截面圖，及圖6(b)示出了 對于圖6(a)中所示的線圈、工件和通量補(bǔ)償器布置，沿工件長度可實(shí)現(xiàn)的均勻溫度分布。圖7(a)示出了本發(fā)明的電感應(yīng)加熱裝置的另一例子的截面圖，及圖7(b)示出了 對于圖7(a)中所示的線圈、工件和通量補(bǔ)償器布置，沿工件長度可實(shí)現(xiàn)的均勻溫度分布。圖8(a)示出了本發(fā)明的電感應(yīng)加熱裝置的另一例子的截面圖，及圖8(b)示出了 對于圖8(a)中所示的線圈、工件和通量補(bǔ)償器布置，沿工件長度可實(shí)現(xiàn)的非均勻溫度分 布。圖9(a)示出了本發(fā)明的電感應(yīng)加熱裝置的另一例子的截面圖，及圖9(b)示出了 對于圖9(a)中所示的線圈、工件和通量補(bǔ)償器布置，沿工件長度可實(shí)現(xiàn)的非均勻溫度分布。圖10(a)示出了本發(fā)明的導(dǎo)電工件的電感應(yīng)加熱裝置的另一例子的截面圖，及圖 10(b)示出了對于圖10(a)中所示的線圈、工件和通量補(bǔ)償器布置，沿工件長度可實(shí)現(xiàn)的非 均勻溫度分布。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的用于加熱導(dǎo)電工件的電感應(yīng)加熱裝置的一個(gè)非限制性例子如圖4(a)、圖 4(b)和圖4(c)中所示。本發(fā)明裝置包括單一多匝螺線管感應(yīng)線圈30，感應(yīng)線圈30具有連 接到線圈兩端以向線圈提供交流電流的電源(未在圖中示出)，這在線圈周圍產(chǎn)生與線圈 中的工件耦合以感應(yīng)加熱線圈的通量場。如下面進(jìn)一步所述，在感應(yīng)加熱具有變化的特性 的工件期間有選擇地使用通量補(bǔ)償器。通量補(bǔ)償器可以是實(shí)質(zhì)上實(shí)心或中空的圓盤。補(bǔ)償 器可通過在補(bǔ)償器中提供適當(dāng)?shù)耐ǖ啦⒃撏ǖ肋B接到冷卻介質(zhì)如水的供給管道和回行 管道而進(jìn)行水冷?？商峁┻m當(dāng)?shù)墓ぜ斔脱b置以將工件插入線圈內(nèi)及在加熱后將其從線圈 內(nèi)移走?？商峁┻m當(dāng)?shù)难a(bǔ)償器輸送裝置以將補(bǔ)償器插入線圈內(nèi)及在加熱后將其從線圈內(nèi)移 走。作為備選，可提供工件和補(bǔ)償器輸送裝置的組合。圖4 (a)中的工件90d具有總長度L1 ；圖4(b)中的工件90e具有小于L1的總長度 L3;及圖4(c)中的工件90f具有小于1^的總長度L4。當(dāng)線圈兩端的線圈外伸距離X。hl—樣 時(shí)，如圖4(a)中所示，對于感應(yīng)加熱，圖4(a)中的工件90d具有最佳長度，沿其總長度具有
6均勻的溫度分布。在圖4(b)中，補(bǔ)償器40a的端面40a‘被使得非常接近工件90e的端面 90e"(指定的“第二端”)以補(bǔ)償工件的較短總長度從而減輕工件第二端的過熱。例如，如 果工件90e為無磁性不銹鋼坯，工件和補(bǔ)償器的相對端面之間約0. 03英寸到約1. 8英寸的 距離可被認(rèn)為是足夠小的間隙因此非常接近。如果通量補(bǔ)償器由具有與工件約一樣如電磁 性質(zhì)(主要是電阻率和磁導(dǎo)率)變化不大于10-15%的材料成分形成，及補(bǔ)償器40a和工件 90e的直徑差不大于渦流穿透工件的深度的四分之一，及補(bǔ)償器40a和工件90e之間的電磁 間隙足夠小同時(shí)使用電源的中間頻率(即從約IkHz到約IOkHz)，則在如圖4(b)和圖6(a) 中所示的采用足夠長通量集中器的情況下在工件90e的第二端將沒有明顯的電磁場干擾。 不管距工件第二端的實(shí)際線圈外伸距離從X。hl (圖4(a)和圖5(a)中)增加到X。h3(圖4(b) 和圖6(a)中)的事實(shí)，沿圖中的工件90e的總長度的感應(yīng)加熱溫度分布(圖6 (b)中的線 Twp)將為均勻分布，與圖4(a)和圖5(a)中所示的最佳線圈外伸X。hl的情形一樣。線圈第二 端區(qū)域處的磁場干擾通過使用通量補(bǔ)償器40a進(jìn)行補(bǔ)償，并位于補(bǔ)償器內(nèi)，這使得將溫度 過剩Tf。從工件第二端轉(zhuǎn)移到補(bǔ)償器40a，如圖6 (b)中所示。圖4(c)和圖7(a)示出了本發(fā)明的方案，其中工件90f的總長度L4小于圖4 (b)和 圖6 (a)中所示工件90e的總長度，這導(dǎo)致工件90f的第二端處的線圈外伸距離進(jìn)一步增大 到X。h4，其通過使用通量補(bǔ)償器40b進(jìn)行補(bǔ)償以實(shí)現(xiàn)圖7(b)中所示的均勻的感應(yīng)加熱溫度 分布(線Twp)。所使用的通量補(bǔ)償器的總長度取決于工件總長度的所希望的感應(yīng)加熱溫度 分布。例如，如果要求均勻溫度分布，所使用的通量補(bǔ)償器應(yīng)足夠長以確保端部效應(yīng)區(qū)(發(fā) 生磁場干擾的區(qū)域)將位于相鄰?fù)垦a(bǔ)償器的長度內(nèi)，如圖7(b)中針對補(bǔ)償器40b的非均 勻溫度分布(曲線Tf。)所示。如果要求非均勻溫度分布，例如沿工件第二端的長度有溫度 梯度，工件的該端部應(yīng)被感應(yīng)加熱到大于工件總長度的其余部分的溫度。對于該方案，通量 補(bǔ)償器的長度將比均勻溫度分布情形所要求的長度短以確保端部效應(yīng)區(qū)將不位于通量補(bǔ) 償器內(nèi)，但在要求更高溫度的工件端部將發(fā)生。本發(fā)明感應(yīng)加熱裝置和方法中使用的通量補(bǔ)償器不是通量集中器(也稱為通量 分流器、通量控制器、磁分路或磁芯)，且不應(yīng)由通常用于制造通量集中器的材料制成。通 量集中器的物理性質(zhì)大大不同于在感應(yīng)加熱應(yīng)用中與集中器一起使用的工件的性質(zhì)。不管 工件的物理性質(zhì)如何，用作磁通集中器的材料本質(zhì)上為軟磁，這意味著一旦施加外部磁場 它們就變得有磁性。在感應(yīng)加熱中通量集中器的最常使用的材料類型為鐵心片、含電解鐵 的粉末型材料、含羥基鐵的粉末型材料、純鐵氧體及含鐵氧體的材料。磁通集中器以這樣的 方式制造使得它們具有非常高的電阻率(理想情況下，無限電阻率)及可以忽略的渦流損 失。相反，如上所述，通量補(bǔ)償器由與正感應(yīng)加熱的工件具有類似電磁性質(zhì)的材料形成。因 此，如果無磁工件由相當(dāng)高電阻的材料形成，例如奧氏體不銹鋼或鈦合金合成物，則通量補(bǔ) 償器也應(yīng)由相當(dāng)高電阻的無磁材料形成。如果工件由具有相當(dāng)?shù)椭档碾娮杪实牟牧闲纬桑?例如，金、鋁、銀、或銅合金合成物，則通量補(bǔ)償器也應(yīng)由低電阻率材料形成。在本發(fā)明感應(yīng)加熱裝置和方法中使用的通量補(bǔ)償器不是法拉第感應(yīng)環(huán)，其也稱為 傳導(dǎo)屏蔽、銅環(huán)、銅帽或“強(qiáng)盜”環(huán)。法拉第環(huán)為基本上表示單匝短路電感器的無源屏蔽，其 抵消或大大減小源感應(yīng)線圈的磁場以提高屏蔽性能。源感應(yīng)線圈在法拉第環(huán)內(nèi)引起渦流， 該渦流產(chǎn)生其自己的、與源場相反并抵消源場的磁場。如果法拉第環(huán)用高電阻率材料制造， 法拉第環(huán)及其屏蔽特性的有效性將明顯降低。這就是為什么法拉第環(huán)通常由低電阻率材料
7如銅、鋁或銀合成物制成的原因。在本發(fā)明感應(yīng)加熱裝置和方法的一些應(yīng)用中，需要沿工件總長度實(shí)現(xiàn)感應(yīng)的加熱 梯度溫度分布。實(shí)現(xiàn)這種類型的梯度溫度分布的一種方法是利用直徑與工件直徑不同的通 量補(bǔ)償器。圖8(a)和圖9(a)示出了本發(fā)明的非限制性示例性方案，其中補(bǔ)償器40c的直徑 小于工件90f的直徑，及其中補(bǔ)償器40d的直徑大于工件90f的直徑。圖8(b)和圖9(b)示 出了工件90f內(nèi)導(dǎo)致的相應(yīng)非均勻溫度分布。如果通量補(bǔ)償器的直徑小于正感應(yīng)加熱的工 件的直徑，如圖8(a)中所示，則工件端部將具有熱源過剩及第二端工件溫度(曲線T' wp) 將高于工件其它區(qū)域的溫度(線Twp),如圖8(b)中所示。如果通量補(bǔ)償器的直徑大于正感 應(yīng)加熱的工件的直徑，如圖9(a)中所示，則工件端部將熱源不足因而第二端工件溫度(曲 線T" 將低于工件其它區(qū)域的溫度(線Twp)，如圖9(b)中所示。在本發(fā)明上述例子中優(yōu)選使通量補(bǔ)償器和工件的相對端彼此非常接近的同時(shí)，在 本發(fā)明的其它例子中可能使通量補(bǔ)償器和工件的相對端彼此接觸。如果這樣，則在工件端 部區(qū)域與通量補(bǔ)償器接觸的同時(shí)在工件端部區(qū)域感應(yīng)的功率(熱源)可導(dǎo)致熱量從工件端 部區(qū)域流向通量補(bǔ)償器從而在工件中導(dǎo)致均勻或非均勻截面溫度分布。實(shí)現(xiàn)梯度溫度分布的另一方法是通過在補(bǔ)償器和將要感應(yīng)熱處理的工件的端面 端之間建立電磁間隙。圖10(a)示出了本發(fā)明的一個(gè)非限制性示例方案，其中靠近工件90f 的第二端的縱向溫度分布(曲線T' wp)由于補(bǔ)償器40e和工件90f之間的電磁間隙Lgap而 不均勻。電磁間隙在此形成為由實(shí)質(zhì)上不導(dǎo)電且無磁性的材料占用的區(qū)域。例如，通量補(bǔ) 償器可具有位于電磁間隙Lgap中的絕熱板(耐火)。絕熱板物理上可附著到補(bǔ)償器40e的 端面端并與工件的第二端物理接觸。如果絕熱板由不導(dǎo)電且無磁性的材料制成，該板將對 電磁場有效地透明，因而在電磁方面表現(xiàn)為自由空間(起到空氣或真空的作用)。因此，即 使在通量補(bǔ)償器和工件的端面端之間沒有實(shí)際的自由空間氣隙，也有因絕熱板的存在而引 起的電磁間隙。不導(dǎo)電隔離層或由組合渦流降低結(jié)構(gòu)件如徑向和/或縱向狹槽的導(dǎo)電材料 制成的隔離層也可用于建立電磁間隙?？偟膩碚f，本發(fā)明感應(yīng)加熱裝置和方法利用具有在此公開的定位、尺寸、組成和電 磁間隙(可選)的一個(gè)或多個(gè)通量補(bǔ)償器來改變插入同一螺線管線圈進(jìn)行感應(yīng)加熱的、具 有不同特性的工件的感應(yīng)加熱溫度分布。通量補(bǔ)償器可包括端面端結(jié)合在一起的兩個(gè)或兩 個(gè)以上通量補(bǔ)償器。可提供通量補(bǔ)償器組件，其中該組件包括安裝在補(bǔ)償器支架中的通量 補(bǔ)償器(主要元件)，補(bǔ)償器支架可固定到補(bǔ)償器傳送裝置以將主要元件移進(jìn)和移出線圈。 一系列可互換的補(bǔ)償器主要元件可在組件中使用以適應(yīng)同一感應(yīng)線圈中具有不同特性的 各種工件的感應(yīng)加熱，及可擴(kuò)展成使用橢圓線圈、通道電感器及類似的線圈/電感器，這些 線圈/電感器一般地描述為螺線管型線圈。本發(fā)明中使用的術(shù)語“螺線管感應(yīng)線圈”應(yīng)按其最寬的含義理解為一個(gè)或多個(gè)感 應(yīng)線圈的任何組合，當(dāng)交流電流流過一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)線圈時(shí)在其中產(chǎn)生磁場，該磁場與插 入一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)線圈的電磁傳導(dǎo)材料耦合。本發(fā)明不限于特定幾何結(jié)構(gòu)構(gòu)造的螺線管感 應(yīng)線圈。在本發(fā)明的上述例子中示例性工件通常為圓柱形的同時(shí)，本發(fā)明感應(yīng)加熱裝置也 可與其它形狀的導(dǎo)電工件一起使用，例如實(shí)質(zhì)上實(shí)心或中空的圓柱形工件，如鋼坯、條、管； 實(shí)心或中空的矩形和梯形工件，如金屬平板、板和鋼錠；或可插入感應(yīng)線圈以按如上所述進(jìn)行感應(yīng)加熱的任何其它形狀。可改變所使用的通量補(bǔ)償器的構(gòu)造和定位以適于感應(yīng)加熱的 工件的具體形狀。在直徑和(軸向)長度為本發(fā)明中使用的圓柱形工件的感興趣參數(shù)的同 時(shí)，其它參數(shù)可用于不同形狀的工件。在本發(fā)明上述例子中示例性通量補(bǔ)償器通常為圓盤形狀的同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的裝 置和方法，可使用不同形狀的補(bǔ)償器以適應(yīng)各種形狀的工件。由于本發(fā)明中使用的通量補(bǔ)償器可通過液體介質(zhì)冷卻和/或與感應(yīng)加熱的工件 絕熱，它們在本發(fā)明中可重復(fù)使用，在感應(yīng)加熱后續(xù)工件的同時(shí)沒有明顯的熱疲勞。在本發(fā)明的所有例子中，兩個(gè)分開的通量補(bǔ)償器可與本發(fā)明的裝置和方法一起使 用，其中每一通量補(bǔ)償器具有面向感應(yīng)線圈中的工件兩端的每一端的端部。本發(fā)明的上述例子僅為說明的目的給出，絕不應(yīng)視為限制本發(fā)明。在本發(fā)明已結(jié) 合不同實(shí)施例進(jìn)行描述的同時(shí)，在此使用的措辭為描述性和說明性的措辭，而不是限制性 的措辭。盡管本發(fā)明在此已結(jié)合具體手段、材料和實(shí)施方式進(jìn)行描述，但本發(fā)明不限于在此 公開的細(xì)節(jié)；而是，本發(fā)明擴(kuò)展到所有功能上等效的結(jié)構(gòu)、方法和使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員在 受教于本說明書的教示的情況下可對其進(jìn)行多種修改，及在不背離本發(fā)明各方面的范圍的 情況下可進(jìn)行變化。本發(fā)明不限于上面描述的內(nèi)容，而是還包括所附權(quán)利要求中限定的發(fā) 明。
權(quán)利要求
在沒有通量集中器的情況下控制導(dǎo)電工件中感應(yīng)的縱向截面加熱分布的方法，該方法包括步驟將工件定位在螺線管型感應(yīng)線圈中使得鄰近工件的至少一端存在線圈外伸區(qū)域；將至少一通量補(bǔ)償器定位在線圈外伸區(qū)域中，至少一通量補(bǔ)償器的一端接近工件的至少一端以改變在工件的至少一端中感應(yīng)的縱向截面加熱分布；及向感應(yīng)線圈供應(yīng)交流電流以在導(dǎo)電工件中產(chǎn)生感應(yīng)的縱向截面加熱分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟形成具有縱向和截面尺寸的至少一通量補(bǔ)償 器使得在工件的至少一端中感應(yīng)的縱向截面加熱分布均勻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟形成在工件的至少一端處截面積大于工件截 面積的至少一通量補(bǔ)償器使得在工件的至少一端中感應(yīng)的縱向截面加熱分布小于在工件 的其它區(qū)域中感應(yīng)的縱向截面加熱分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟形成在工件的至少一端處截面積小于工件截 面積的至少一通量補(bǔ)償器使得在工件的至少一端中感應(yīng)的縱向截面加熱分布大于在工件 的其它區(qū)域中感應(yīng)的縱向截面加熱分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將至少一通量補(bǔ)償器定位在線圈外伸區(qū)域中的步驟包 括使至少一通量補(bǔ)償器的一端與工件的至少一端接觸。
6.在沒有通量集中器的情況下控制導(dǎo)電工件中感應(yīng)的縱向截面加熱分布的方法，該方 法包括步驟將工件定位在螺線管型感應(yīng)線圈中使得鄰近工件的至少一端存在線圈外伸區(qū)域；將至少一通量補(bǔ)償器定位在線圈外伸區(qū)域中，至少一通量補(bǔ)償器的一端通過電磁間隙 與工件的至少一端分離以改變在工件的至少一端中感應(yīng)的縱向截面加熱分布；及向感應(yīng)線圈供應(yīng)交流電流以在導(dǎo)電工件中產(chǎn)生感應(yīng)的縱向截面加熱分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括步驟由不導(dǎo)電且無磁性的材料形成電磁間隙。
8.用于加熱導(dǎo)電工件的電感應(yīng)加熱裝置，該裝置包括工件插入其中的螺線管型感應(yīng)線 圈，及連接到感應(yīng)線圈的交流電流源，其特征在于還包括插入到感應(yīng)線圈的內(nèi)部外伸區(qū)域 內(nèi)的至少一通量補(bǔ)償器，使得工件插入感應(yīng)線圈內(nèi)且工件端部接近至少一通量補(bǔ)償器的端 部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電感應(yīng)加熱裝置，其中工件插入感應(yīng)線圈內(nèi)且感應(yīng)線圈端部到至 少一通量補(bǔ)償器的端部的距離在約0. 03英寸和1. 8英寸之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的電感應(yīng)加熱裝置，其中至少一通量補(bǔ)償器由與工件一樣的材料 形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的電感應(yīng)加熱裝置，其中至少一通量補(bǔ)償器由電阻率和磁導(dǎo)率不 大于工件的電阻率和磁導(dǎo)率的正或負(fù)15%的材料形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的電感應(yīng)加熱裝置，其中至少一通量補(bǔ)償器由電阻率和磁導(dǎo)率不 大于工件的電阻率和磁導(dǎo)率的正或負(fù)15%的材料形成，及工件和至少一通量補(bǔ)償器的相對 端的直徑差不大于在交流電流源連接到感應(yīng)線圈時(shí)透入工件的渦流穿透深度的四分之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的電感應(yīng)加熱裝置，其中至少一通量補(bǔ)償器包括中空圓盤。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的電感應(yīng)加熱裝置，其中至少一通量補(bǔ)償器具有形成冷卻介質(zhì)流 動通路的至少一內(nèi)部通道。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的電感應(yīng)加熱裝置，還包括位于至少一通量補(bǔ)償器面向工件的對 向端的端部處的電磁間隙材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于在同一感應(yīng)線圈中感應(yīng)加熱具有變化的特性的工件的裝置和方法，其中用連同將要感應(yīng)加熱的工件插入感應(yīng)線圈的一個(gè)或多個(gè)通量補(bǔ)償器有選擇地控制每一工件的感應(yīng)加熱溫度分布。
文檔編號H05B6/10GK101919306SQ200880123108
公開日2010年12月15日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者D·L·洛夫萊斯, V·I·魯?shù)履?申請人:感應(yīng)加熱有限公司