感应加热头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及感应加热领域。更具体地讲，本发明涉及使用被调成与电源调 谐的感应头。
【背景技术】
[0002] 感应加热可以用于在焊接之前预热金属。将又大且较厚的钢（或其他材料）件焊 接起来是众所周知的。例如，管道通常是通过采用扁平的钢件并且卷绕钢件来形成的。然 后沿着卷绕钢件的端部进行纵向焊接，因此形成一段管道。管线可以通过将相邻的管段环 焊在一起来形成。焊接相对较厚钢件（或其他材料）的其他应用包括造船、铁路调车场、油 罐卡车或其他高强度的合金焊接。
[0003] 当焊接这种较厚钢件（或其他材料）时，通常希望沿着焊接路径预热工件。预热 用于沿着焊接路径提高工件的温度，因为如果预热了焊接路径，特别是如果焊接高合金钢， 填充金属能更好地结合在工件上。在不进行预热的情况下，填充金属很可能不会完全地与 工件结合，并且可能形成裂纹。一般来讲，在焊接之前，钢预热到约300EF。预热通常用于加 热厚度大于约1/2"的钢。
[0004] -般来讲，在现有技术中，"rose buds〃（燃气火炬）、电阻"chicklets〃或感应加 热毯用于预热钢。燃气火炬沿着焊接路径布置，通常每隔3至6英尺，焊接路径的每一侧设 置一个燃气火炬，或者一个燃气火炬覆盖焊接路径的两侧。燃气火炬在适当位置放置较长 的时间段（例如，对于3英寸厚度的钢，高达2小时）。在已经预热焊接路径之后，去除燃气 火炬，并在焊接路径冷却之前进行焊接。
[0005] 通过包裹感应毯（热安全材料内的感应电缆）并且在工件内感应电流，感应加热 毯用于预热焊缝。感应加热可以是快速且可靠的预热方式，特别是在用于静止工件上时。然 而，感应毯特别是无法用于活动工件，并且一些管道焊接应用具有固定位置的焊工，管道移 动或旋转经过焊接位置。液体冷却的电缆以卷绕构造提供柔性，但是存在旋转管道卷起电 缆或者通过磨穿绝缘材料的类似问题。
[0006] 对焊接路径进行预热的其他方法包括将整个工件放置在烘箱（只要使用燃气火 炬就可以采用）、感应加热或电阻加热丝。当使用现有技术中的这些可选形式进行预热时， 加热装置放置在焊接路径的一个位置，直到该位置被加热。然后进行焊接并移走加热装置。
[0007] 现有技术的显著进步是一种能够刚好在焊接之前"即时（on the fly)"预热的系 统。美国专利6, 265, 701 (通过引用的方式并入本文中）描述了这种系统，并且由本申请的 所有人所有。现有技术的感应线圈具有冰球状设计（扁平的单匝）或螺旋形设计，每个平面 一匝。这种系统要求线圈匹配电源的输出阻抗用于高效的感应加热。如美国专利6, 265, 701 所述，通过改变电源内的电容器来完成其中的阻抗匹配，即，电源被调成与线圈调谐。并不 总是期望电源部件在现场容易接近。另一种方案就是在电源输出与感应头之间插入匹配变 压器。变压器逐步降低输出电压以匹配阻抗。然而，这些匹配变压器会很昂贵，并且导致施 加在线圈上的电压更低。
[0008] 另外，如果即时地完成预热并且工件是移动的，那么必须有一些方式来将线圈保 持在正确的位置。一些终端用户制造了一些夹具以将线圈相对于所需的加热区保持在位。 然而，这种夹具会造成线圈磨损，无法提供一致的线圈加热区距离，它们要求匹配变压器， 它们在线圈与加热区之间的耦合不当，它们通常具有可能过热并且使加热的材料表面变色 的窄的加热区，它们对小直径（例如，8英寸）的管道效果不好，因为管道的弯曲导致加热区 的边缘解親，从而降低效率，它们通常使用感温錯笔（temperature sensitive crayon)，所 以用户可以监测温度，但是没有用于控制电源的温度反馈，并且它们通常不可扩展。
[0009] 因此，希望有一种用于预热焊接路径的系统。优选地，这种系统可以用作手持式 系统并且/或者可以与活动工件和静止感应头一起使用。另外，这种系统优选地不要求匹 配变压器，或者要求电源被调成与线圈调谐，而不是线圈被调成与电源调谐。另外，这种系 统优选地维持恒定的线圈至加热区的距离，并且/或者包括温度反馈，并且/或者是可扩展 的。
【发明内容】
[0010] 根据本发明的第一方面，一种感应加热头包括卷绕成扁平螺旋图案的一层、两层 或更多层且每层具有至少两匝的导电线圈。
[0011] 根据本发明的第二方面，感应加热头具有保持在待加热工件附近的第一面、感应 线圈、灌封料、壳体、手柄以及用于维持所述第一面与所述工件之间的所需间距的多个间隔 物。导电线圈设置在所述灌封料中，并且所述通量集中器围绕所述导电线圈和所述灌封料 设置使得朝着所述第一面集中通量。所述壳体容纳所述导电线圈和灌封料。所述手柄安装 在所述壳体上，使得当所述感应头用于加热的同时能够被保持住。所述间隔物安装在所述 壳体上。
[0012] 根据本发明的第三方面，一种感应加热系统包括电源和感应头。所述电源接收输 入功率并且包括具有均方根变换器输出电压的变换器，并且以均方根变换器输出电压提供 至少IKW的输出功率。感应头与功率输出耦接上以接收均方根变换器输出电压。所述感应 头包括壳体，所述壳体容纳设置成在工件中感应热量的导电线圈，并且所述线圈卷绕成被 调成与所述输出功率调谐，使得所述导电线圈在所述均方根变换器电压不变成更低电压的 情况下接收所述均方根变换器的输出电压。
[0013] 根据本发明的第一方面，一种感应加热头，具有设置成保持在待加热工件附近的 第一面，包括扁平的导电线圈以及围绕所述导电线圈设置的通量集中器，所述通量集中器 朝着所述第一面集中通量。所述导电线圈保持在相对于所述通量集中器的固定位置。所述 导电线圈和所述通量集中器设置在所述壳体中。
[0014] 在多个实施例中，各层具有四匝和/或具有选定成将所述感应头被调成与电源调 谐的匝数。
[0015] 在另一个实施例中，通量集中器围绕所述导电线圈设置，使得朝着所述感应头的 第一面集中所述通量。
[0016] 在另一个实施例中，所述导电线圈是载有冷却剂的铜管。
[0017] 在多个实施例中，所述导电线圈设置在灌封料中，和/或所述导电线圈和灌封料 设置在所述通量集中器中，和/或所述第一面是保护所述线圈的磨损表面（通过在与工件 意外接触时成为接触点），热绝缘体设置在所述线圈与所述磨损表面之间，和/或所述导电 线圈、所述灌封料和所述通量集中器设置在壳体中。
[0018] 在多个实施例中，所述壳体包括一个或多个间隔物，所述一个或多个间隔物可以 是轮子或者安装在所述壳体上以维持所述第一面与所述工件之间所需间距的其他装置。
[0019] 在多个实施例中，温度传感器安装在所述壳体上，并且所述传感器是非接触式传 感器或接触式传感器。
[0020] 在另一个替代形式中，手柄安装在所述壳体上，由此在所述感应头用于加热的同 时可以保持所述感应头。
[0021] 本领域的技术人员在查阅以下附图、【具体实施方式】和所附权利要求书时将明白本 发明的其他主要特征和优点。
【附图说明】
[0022] 图1是根据本发明的感应头的透视图；
[0023] 图2是图1中的感应头的展开图；
[0024] 图3是图1中的感应头的一部分的展开图；
[0025] 图4是根据本发明的感应加热系统的示意图；
[0026] 图5是根据本发明的感应线圈；
[0027] 图6是根据本发明的感应头的一部分的展开图；
[0028] 图7是根据本发明的感应线圈和通量集中器；
[0029] 图8是根据本发明的通量集中器；并且
[0030] 图9是根据本发明的组装的感应头；并且
[0031] 图10是根据本发明的感应加热电源的示意图。
[0032] 在详细解释至少一个实施例之前，应当理解的是，本发明的应用不限于以下说明 阐述的或附图图示的结构细节和部件布置。本发明具有以多种方式实施或执行的其他实施 例或方式。另外，应当理解的是