Составные части установок индукционного нагрева ТВЧ и способы нагрева

Установка для индукционного нагрева металлов состоит из следующих основных элементов:

1. Генератор высокой частоты ( ламповый, машинный или статический преобразователь с ключевыми приборами );
2. Трансформатор для согласования генератора с индуктором и гальванической развязки;
3. Конденсаторная батарея, компенсирующая низкий коэффициент мощности индуктора;
4. Индуктор , представляющий собой спираль нужной формы поперечного сечения, или провод какой-либо формы в зависимости от типа нагреваемого объекта.

Часто, а в установках для поверхностной закалки почти всегда индуктор подключается к генератору через понижающий трансформатор. Нагреватели с многовитковыми индукторами обычно подключаются к генератору без трансформатора.

В ряде случаев для нагрева используется промышленная частота, и тогда генератор отсутствует. При питании однофазной нагрузки вместо генератора устанавливается устройство, преобразующее трехфазную систему в однофазную, которое обеспечивает симметричную нагрузку сети.

Нагреваемая деталь помещается внутри индуктора или около него. Переменное магнитное поле индуктора вызывает появление индуктированного тока в детали, в результате чего она нагревается.

Существуют два основных способа нагрева.

Способ одновременного нагрева. Индуктор охватывает всю поверхность детали, подлежащей термообработке, причем нагрев ее во всех точках происходит одновременно. Температура поверхности и ее распределение по глубине зависят от времени нагрева t_K и энергии, переданной в деталь за это время.

Устройства для сквозного нагрева, работающие таким образом, обычно называют нагревателями периодического действия.

Способ непрерывно-последовательного нагрева. Узкий индуктор передвигается вдоль нагреваемой детали. При поверхностной закалке из индуктора или специального приспособления, расположенного около него, на нагретую поверхность детали выпускается охлаждающая ее вода. В этом случае глубина закалки и температура поверхности определяются скоростью движения индуктора, его шириной и мощностью, выделяющейся в нагреваемой детали.

В тепловых расчетах можно пользоваться понятием времени нагрева, так как любой элемент поверхности находится под индуктором определенное время:

t_K = a / v

где t_K - время нагрева элемента поверхности; а - ширина индуктирующего провода; v - скорость движения индуктора или детали.

Непрерывно-последовательный способ широко применяется для сквозного нагрева мерных заготовок, штанг и труб.

При нагреве коротких кузнечных заготовок или других подобных им объектов они часто подаются в длинный индуктор толкателем через короткие промежутки времени t₀ которое называется темпом подачи или толкания. Этот способ является разновидностью способа непрерывно-последовательного нагрева. Устройства, работающие таким образом, называются нагревателями методического  действия.

Метод индукционного нагрева основан на использовании следующих законов и явлений:

1. Закон электромагнитной индукции;
2. Поверхностный эффект; 
3. Эффект близости; 
4. Изменение свойств стали в процессе нагрева.

Последнее явление особенно существенно при поверхностной термообработке, на что впервые обратил внимание чл. кор. АН СССР проф. В. П. Вологдин, автор метода поверхностной индукционной закалки.

При использовании метода индукционного нагрева приходится также считаться с наличием и других явлений, вызывающих своеобразие распределения токов в индукторе и нагреваемой детали. В одних случаях они могут быть полезными, в других - вредными.

Все эти явления известны уже достаточно давно. Однако почти во всех областях техники они, за исключением явления электромагнитной индукции, рассматривались как не имеющие значения или вредные. В условиях же индукционного нагрева эти явления являются полезными.

Назад