Режимы и оптимальная частота высокочастотного индукционного нагрева

Основными параметрами, характеризующими режимы индукционного нагрева, являются частота тока и к.п.д. В зависимости от применяемых частот условно различают два режима индукционного нагрева: глубинный нагрев и поверхностный.

Глубинный нагрев осуществляется при такой частоте f , когда глубина проникновения z_а примерно равна толщине нагреваемого (закаливаемого) слоя х_к (рис. 6.4, а). Нагрев происходит сразу на всю глубину слоя х_к , скорость нагрева выбирают такой, чтобы передача тепла теплопроводностью вглубь тела была незначительной.

Поскольку в этом режиме глубина проникновения токов z_а сравнительно большая и по величине близка х_к, то, согласно формуле:

 

                                           (6.17)

частота тока индуктора должна быть относительно низкой. Нагрев сразу всего слоя х_к требует сравнительно большой мощности генератора. Такой режим целесообразен при поточном производстве в условиях высокой загрузки оборудования.

Рис. 6.4. Распределение температуры от поверхности вглубь тела при глубинном (а) и поверхностном (б) индукционном нагреве.

 

Поверхностный нагрев проводят на сравнительно высоких частотах. При этом глубина проникновения токов z_а значительно меньше толщины нагреваемого слоя х_к (рис. 6.4,б). Прогрев на всю толщину х_к происходит за счет теплопроводности металла. При нагреве по этому режиму требуются меньшие мощности генератора (на рисунке 6.4 полезная мощность пропорциональна заштрихованным площадям, имеющим двойную штриховку), но время нагрева и удельный расход электроэнергий возрастают. Последнее связано с прогревом за счет теплопроводности глубинных слоев металла. К.п.д. нагрева, пропорциональный отношению площадей с двойной штриховкой ко всей площади, ограниченной кривой t и осями координат, во втором случае ниже. Вместе с тем следует отметить, что прогрев до определенной температуры слоя металла толщиной , лежащего за слоем закалки и называемого переходным слоем, совершенно необходим для надежной связи закаленного слоя с основным металлом. При поверхностном нагреве этот слой толще и связь надежнее.

При значительном понижении частоты нагрев становится вообще неосуществимым, так как глубина проникновения будет очень большой и поглощение энергии в изделии незначительным.

Индукционным способом можно осуществлять как глубинный, так и поверхностный нагрев. При внешних источниках тепла (плазменный нагрев, в электропечах сопротивления) глубинный нагрев невозможен.

По принципу работы различают два вида индукционного нагрева: одновременный и непрерывно-последовательный.

При одновременном нагреве площадь индуктирующего провода, обращенная к нагреваемой поверхности изделия, примерно равна площади этой поверхности, что позволяет одновременно нагревать все ее участки. При непрерывно-последовательном нагреве изделие перемещается относительно индуктирующего провода, и нагрев отдельных его участков происходит по мере прохождения рабочей зоны индуктора.

Выбор частоты. Достаточно высокий к.п.д. может быть получен лишь при определенном соотношении между размерами тела и частотой тока. О выборе оптимальной частоты тока упоминалось выше. В практике индукционного нагрева частоту выбирают по эмпирическим зависимостям.

При нагреве деталей под поверхностную закалку на глубину х_к (мм) оптимальную частоту (Гц) находят из следующих зависимостей: для деталей простой формы (плоские поверхности, тела вращения)

 

                                     (6.18)

 

для деталей сложной формы

 

                                  (6.19)

 

При сквозном нагреве стальных цилиндрических заготовок диаметром d (мм) необходимую частоту определяют по формуле

 

                                        (6.20)

 

Рис. 6.5 Изменение удельной мощности, выделяемой в стали, в процессе нагрева под закалку.

В процессе нагрева удельное сопротивление металлов ρ возрастает. У ферромагнетиков (железо, никель, кобальт и др.) с повышением температуры снижается значение магнитной проницаемости μ_r . При достижении точки Кюри магнитная проницаемость ферромагнетиков падает до 1, то есть они теряют свои магнитные свойства. Обычно температуру нагрева под закалку выбирают 800-1000°С, под обработку давлением - 1000 - 1200°С, то есть выше точки Кюри. Изменение физических свойств металлов с изменением температуры приводит к изменению коэффициента поглощения мощности и удельной поверхностной мощности (6.8), поступающей в изделие в процессе нагрева (рис. 6.5). Вначале вследствие возрастания ρ удельная мощность ΔР увеличивается и достигает максимального значения ΔР_макс=(1,2÷1,5) ΔР_нач , а затем вследствие потери сталью магнитных свойств падает до минимального ΔР_мин. Для поддержания нагрева в оптимальном режиме (с достаточно высоким к.п.д. установки снабжают устройствами согласования параметров генератора и нагрузки, то есть возможностью регулирования режима нагрева.

Если сравнивать сквозной нагрев заготовок под пластическую деформацию индукционным способом и электроконтактным способом (оба относятся к прямому нагреву), то можно сказать, что по расходу электроэнергии электроконтактный нагрев целесообразен для длинных заготовок сравнительно небольшого сечения, а индукционный - для короткомерных заготовок относительно больших диаметров.

---

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 143; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!