焊接热处理用中频感应加热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种中频加热设备，具体说是一种焊接热处理用中频感应加热器，属于管道焊接辅助设备技术领域。
【背景技术】
[0002]目前我国电站、化工建设中合金管道焊接热处理主要采用陶瓷电阻加热器外加保温棉进行。缺点是管道焊缝内外壁温差过大，焊缝硬度高，韧性差，热处理质量低，焊缝的残余应力大，许多电站因为这种原因使用不到十年焊缝就产生了裂纹，只能割断重新焊接甚至更换整条管道(设计寿命应为30年)。并且该材料完全依赖从日本、美国等地进口，浪费巨大；开采陶瓷矿和瓷件在窑炉烧制过程中排碳和产生的雾霾对环境破坏严重，且不可恢复。易碎和报废的陶瓷无法再回收利用，几乎不会被分解，继而造成二次污染。
[0003]少量进口的串联谐振热处理中频电源频率较高，一般在5000Hz以上，且工作过程中频率变化较大，最高达20000多Hz。负载电感量较小，一款35KW中频电源的负载电感量要求在5 μ Η-50 μ H之间，我国100万千瓦火电的主蒸汽管的外径560mm,管壁厚度达115mm,规程要求感应加热宽度为壁厚的6倍以上，感应线圈最小宽度为690mm，如果满足宽度必加大感应圈的匝间距，会造成工件温度不均匀，且功率小无法满足工艺要求。负载线分布电感不得超过ΙΟμΗ，过大的电感量会降低工件加热功率。并且作业半径小，较远的特殊位置工件无法进行热处理，且进口产品造价较高。而且串联谐振的槽路电感加热器与谐振电容为串联连接，一旦由于干扰丢失一个触发脉冲信号，槽路立即停止震荡，热处理会被迫中断。
[0004]通常电站化工用Ρ91、Ρ92类耐热钢焊后热处理温度为760°C左右，居里点740°C，当760°C恒温时的透热深度为500+ (频率)1/2(_);可见频率越高，透热越浅，管道的内外壁温差越大，热处理效果越差。但是频率越高负载线的集肤效应越大，线会过热，载流量下降。35KW以上的都采用水电缆供电，由于施工先场环境恶劣，常因人为损坏故障停机。水冷的感应加热器也因为突发停电故障得不到循环水冷却，漏液至热处理工件使其淬火损坏。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种焊接热处理用中频感应加热器，通过准确的设计，工装简单，且不至于使加热圈过热而烧坏绝缘层，可把频率为700Hz-2500Hz，电压0-750V的中频交流电经过中频感应加热器产生的电磁传递给要加热的金属管道工件，电磁经管道工件感应产生电能，随之电能在金属管道内部转变为热能进行热处理，耐压2000V交流一分钟不击穿，提高了加热器感应线圈的热处理效果。
[0006]本发明解决以上技术问题的技术方案是:
一种焊接热处理用中频感应加热器，其由金属导电体绕成弹簧状的线圈，线圈与被加热的金属管道并不直接接触，固定在金属管道保温棉外侧(保温厚度40mm-100mm)，把频率为700Hz-2500Hz，电压为0-750V的中频交流电经过中频感应加热器产生的电磁传递给要加热的金属管道工件，电磁经管道工件感应产生电能，随之电能在金属管道内部转变为热能进行热处理；金属导电体的横截面积设定为:金属导电体的横截面积对应的数值大于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值X0.8，小于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值X 2，其中金属导电体的横截面积的单位为mm2，中频感应加热器的加热功率的单位为KW。
[0007]本发明进一步限定的技术方案是:
前述的焊接热处理用中频感应加热器，其中金属导电体的长度为:3.14XDXN，允许的误差为+10%，即3.14XDXN彡金属导电体的长度彡3.14XDXNX110%,金属导电体的长度的单位为cm;其中，N为所述线圈的匝数，单位为匝，N= (LX 1+0.45X1XD)1/2(0.083XD)，上式中，D为所述线圈的横截面的内直径，即线圈所形成圆柱体的横截面的内直径，单位为cm ;1为所述线圈的的电感量，单位为μ h;L为线圈的长度，即线圈形成的圆柱体的底面至顶面的垂直距离，单位cm。
[0008]前述的焊接热处理用中频感应加热器，其中金属导电体可以采用多股铜线搅制达到一定的横截面，对于铜材质，金属导电体的横截面积对应的数值大于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值X0.8，小于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值X2。
[0009]前述的焊接热处理用中频感应加热器，其中金属导电体可以采用多股铝线搅制达到一定的横截面，对于铝材质，金属导电体的横截面积对应的数值大于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值X I，小于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值X2。
[0010]前述的焊接热处理用中频感应加热器，其中将至少两个线圈连接组成一个长的线圈，即可以将一根长线圈分成数段短线圈，边缠绕边连接成一整根感应加热器，操作比较轻松，采用自冷方式，无任何冷却液体，中途停电对感应加热器线圈无任何影响。
[0011]前述的焊接热处理用中频感应加热器，其中金属导电体外侧包裹有高温绝缘材料。
[0012]前述的焊接热处理用中频感应加热器，其中高温绝缘材料为聚酰亚胺绝缘材料、特氟龙绝缘材料、玻璃纤维绝缘材料、陶瓷纤维绝缘材料或者结构陶瓷管绝缘材料。
[0013]前述的焊接热处理用中频感应加热器，其中绝缘层厚标准度为耐压2000V交流一分钟不击穿。
[0014]前述的焊接热处理用中频感应加热器，其中D为被线圈加热的金属管道管道的外径+保温厚度X 2 (单位:cm)。
[0015]前述的焊接热处理用中频感应加热器，其中金属线为铜线或铝线。
[0016]现有技术中，中频感应焊接热处理加热器主要是水冷型，是由单根水电缆绕在被加热管道的保温棉外侧，由于无法分段，将单根50米左右的电缆人工缠绕作业的劳动强度非常大，热处理过程中管道温度高达760°C左右，保温棉外侧温度也高达200°C有余，这时需要连续不间断循环冷却液对感应加热器冷却，现场事故断电就会造成感应加热器循环泵停止运行，得不到冷却的加热器导水管随即融化，冷却液体渗进了本应焊接热处理的管道，反造成淬火现象，造成损坏；为了解决以上技术问题，本申请发明人通过研究发现，可使用金属导电体绕成弹簧状的线圈作为焊接热处理用中频感应加热器，即中频感应加热器导电体可采用多股软金属线搅制达到一定的横截面，可在导线外侧包裹高温绝缘材料进行有效安全绝缘处理，耐压2000V交流一分钟不击穿，也可以直接采用铜或铝裸导线进行加热，适时选择，从而巧妙的解决了以上技术问题；但是金属导电体的横截面积的确定却至关重要，截面选择太小容易造成感应加热线圈过热而烧坏绝缘，太大不经济，工装困难；本申请发明人通过研究发现，将金属导电体的横截面积对应的数值设置成铜质大于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值X0.8，小于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值X2，铝质大于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值XI，小于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值X 2，以上技术问题即可迎刃而解，固定在金属管道保温棉外侧(保温厚度40mm-100mm)，可把频率为700Hz_2500Hz，电压0-750V的中频交流电经过中频感应加热器产生的电磁传递给要加热的金属管道工件，电磁经管道工件感应产生电能，随之电能在金属管道内部转变为热能进行热处理，耐压2000V交流一分钟不击穿。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例1的中频感应加热器驱动电路示意图。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
本实施例提供一种焊接热处理用中频感应加热器，其由金属导电体绕成弹簧状的线圈，达到驱动电源要求的电感量(70uh-200uh)，线圈与被加热的金属管道并不直接接触，固定在金属管道保温棉外侧(保温厚度30mm-100mm)，把频率为700Ηζ_2500Ηζ，电压为0-750V的中频交流电经过中频感应加热器产生的电磁传递给要加热的金属管道工件，电磁经管道工件感应产生电能，随之电能在金属管道内部转变为热能进行热处理，金属导电体采用多股软金属线搅制达到一定的横截面，金属导电体的横截面积设定为:金属导电体的横截面积对应的数值铜质大于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值Χ0.8，小于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值X 2，铝质大于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值XI，小于等于中频感应加热器的最大加热功率对应的数值Χ2，其中，金属导电体的横截面积的单位为_2，中频感应加热器的加热功率的单位为KW ;金属导电体的长度为:3.14XDXN，允许的误差为+10%，金属导电体的长度的单位为cm ；
其中，N为中频感应加热器线圈的匝数，单位为胆，N=(LXl+0.45X1 XD)1/2+(0.083XD)，
上式中，D为中频感应加热器线圈的横截面的内直径，即被线圈加热的金属管道管道的外径+保温厚度X 2，单位为cm ；
L为中频感应加热器的电感量，即驱动电源要求加热器线圈的电感量，单位为yh ;
L为中频感应加热器的长度，即线圈形成的圆柱体的底面至顶面的垂直距离，单位cm。
[0019]本实施例驱动中频感应加热器感应线圈的热处理装置结构如图1所示，包括并联谐振中频电源控制单元、过流保护采样单元、温度控制单元、三相全控整流桥、直流滤波电抗器、单相桥式逆变单元、测温单元与中频感应加热器，并联谐振中频电源控制单元的供电由单相交流变压器连接供电；
过流保护采样单元设置在三相整流桥的进线端的三相交流电上，过流保护采样单元的信号输出端与并联谐振中频电源控制单元相连，过流保护采集单元由一次互感器采集的0-5A电流经二次50倍升压再经负载电阻衰减后获得0-5V的交流信号与电压互感器上获得的电压信号经中频电源控制单元整流对比后适时关断整流电路与逆变电路，以防止负载过流、过压。频率表、中频电压表指示实时工作参数；
并联中频电源控制单元的信号采集端接受由温度控制单元发出输出信号，温度控制单元包括信号滤波和器温度控制仪，温