ООО ЭЛИСИТ
Лидер России 2015 - Продукция отмечена золотой медалью конкурса качества - Установки индукционного нагрева "TESLINE"

Индукционный нагрев ТВЧ :: Статьи


Стадии индукционного нагрева ТВЧ стального тела

Дата публикации: 25.08.2008

 

При нагреве стали изменяются её удельное сопротивление и магнитная проницаемость.

 Индукционный нагрев ТВЧ

Рис. 1.  Зависимость относитель­ной  магнитной  проницаемости  и  удельного сопротивления от температуры   для  среднеуглеродистой    стали

Магнитная проницаемость слабо зависит от температуры примерно до 650-700 °С, после чего быстро уменьшается и достигает значения, примерно равного проницаемости вакуума, как показано на рис. 1. В приближенных расчетах обычно считается, что она падает скачком до µ = 1 в точке магнитных превращений (точке Кюри), примерно соответствующей температуре 750 - 770 °С. На рис. 1 исходное значение магнитной проницаемости принято равным 16, что объясняется применением при индукционном нагреве весьма сильных магнитных полей. Часто ее исходное значение составляет 5-6.


Зависимость удельного сопротивления от температуры для стали с содержанием углерода 0,4 - 0,5 % приведена на том же рис. 1. Из кривой видно, что в промежутке 15 - 800 °С удельное сопротивление возрастает примерно в 5 раз. В дальнейшем рост удельного сопротивления замедляется, причем значения его для разных сортов стали становятся почти равными. В среднем можно принять, что в интервале температур 800 - 900 °С удельное сопротивление равно 10-6 Ом•м. В результате падения магнитной проницаемости и роста удельного сопротивления в процессе нагрева глубина проникновения тока возрастает в 8 - 10 раз. Для определения глубины проникновения тока в сталь, нагретую выше точки магнитных превращений, можно написать простую формулу, с учётом значения ρ = ρк = 10-6 Ом•м и µ = 1. Тогда

ΔК≈0,5/√f 

Индекс К указывает, что значения соответствующих величин относятся к температуре, превышающей точку магнитных превращений. Глубину проникновения тока в этом случае будем называть горячей глубиной проникновения тока.

 При нагреве сталь теряет магнитные свойства, прогреваясь постепенно, от слоя к слою, от поверхности вглубь. Распределение плотности тока, искажается, а металл становится как бы двухслойным. При качественном рассмотрении можно считать, что распределение плотности тока изобразится ломаной линией, состоящей из отрезков двух экспонент, первая из которых соответствует стали, нагретой выше точки магнитных превращений (рис. 2), а вторая - стали, обладающей магнитными

Индукционный нагрев ТВЧ
 
Индукционный нагрев ТВЧ

 Рис. 2. Распределение плотности тока в стальном предмете, нагретом выше точки магнитных превращений на глубину

   Рис. 3. Распределение температуры по  сечению при индукционном нагреве

 свойствами. Установлено, что кривая для наружного слоя идет более полого из-за частичного отражения проникающей в металл электромагнитной волны от границы раздела слоя.

Излом кривой ярко выражен, если глубина прогретого слоя xк меньше ΔK. В этом случае выделение энергии в слое хк наиболее равномерно, вследствие чего нагрев происходит быстро, без большого перепада температуры в нагреваемом слое и с малыми тепловыми потерями на нагрев сердцевины.

На рис. 3 представлено распределение температуры при нагреве под поверхностную закалку на глубину xк. Кривая 1 соответствует режиму xКK, называемому глубинным, так как теплота выделяется по всей глубине слоя хK. Кривая 2 соответствует случаю хKK. Здесь основную роль играет теплопроводность, так же, как и при нагреве внешними источниками тепла, например в соляной ванне или печи сопротивления. Такой тип нагрева называется чисто поверхностным. Он характеризуется большими потерями на утечку тепла в глубь нагреваемого объекта, чем глубинный. Время нагрева при том же перепаде температуры в нагреваемом слое резко увеличивается и становится таким же, как при нагреве с внешними источниками тепла. Этот тип нагрева является невыгодным. На роль изменения свойств стали в формировании процесса нагрева впервые обратил внимание В. П. Вологдин, который ввел также и классификацию типов нагрева.

Изменение свойств стали с ростом температуры вызывает также значительное изменение эквивалентных параметров индуктора. Полное электрическое сопротивление индуктора


ZИ=r1+r2`+j(xs+xм2`)=rИ+jxИ


Активное сопротивление r1, а для весьма длинного индуктора и индуктивное сопротивление рассеяния xs не зависят от физических свойств нагреваемого объекта. Однако сопротивления r2` и xм2` нагреваемого объекта существенно зависят от его удельного сопротивления ρ2 и относительной магнитной проницаемости µ, претерпевающих значительные изменения в процессе нагрева.
При рассмотрении индукционного нагрева стали до температуры, превышающей точку магнитных превращений, целесообразно ввести понятия о стадиях нагрева, характеризующих режим работы системы.

Выделим три основные стадии нагрева.

  1. Начало нагрева - холодный режим. Удельное сопротивление постоянно по всему сечению и равно исходному. Магнитная проницаемость в любой точке сечения определяется кривой намагничивания. Магнитная проницаемость возрастает от поверхности, где сталь находится в состоянии сильного магнитного насыщения, вглубь.
  2. Промежуточный режим. Температура поверхности нагреваемого объекта выше исходной, по ниже точки магнитных превращений. Для последней примем среднее значение Tµ= 750 °С. Эта стадия нагрева отличается от первой зависимостью удельного сопротивления от координаты, так как функцией координаты является температура, убывающая от поверхности в глубь объекта.
    Очевидно, что непостоянство удельного сопротивления существенно лишь в пределах участка, равного глубине проникновения электромагнитной волны: xλ = (1,5÷2,0) Δ2. На таком расстоянии от поверхности температура и удельное сопротивление, как то следует из расчета и опыта, падают не более чем в два раза, что несоизмеримо с изменением магнитной проницаемости, возрастающей от поверхности вглубь в сотни и тысячи раз. Поэтому в практических расчетах удельное сопротивление в этом режиме может быть принято равным его значению на поверхности. Обычно расчет ведется для температуры поверхности Т0 ≈ 600÷650 °С, при которой в среднем ρ2 ≈(6,0÷6,5)10-7 •Ом•м.
  3. Горячий режим. Начало горячего режима соответствует образованию у поверхности слоя глубиной xк, нагретого выше точки магнитных превращений, в то время как остальная часть сечения, имеющая более низкую температуру, постепенно спадающую по мере удаления от поверхности, остается ферромагнитной. Переменными являются ρ2 и µ, причем µ изменяется почти скачком на границе слоя хK. Расчетной моделью этой стадии нагрева является двухслойная среда, в которой на границе слоев магнитная проницаемость меняется скачком от µ = 1 до некоторого значения µ> 1.

В предельном случае горячего режима все сечение прогрето и ρ2 и µ можно считать постоянными (µ = 1, ρ2 = ρк).


При расчете установок для сквозного нагрева стальных объектов горячий режим будет подразделяться на две стадии: второй промежуточный режим (хкк) и собственно горячий режим (xKк).

Как известно, КПД индуктора от начала первой стадии нагрева к концу второй стадии повышается вследствие роста удельного сопротивления. С начала третьей стадии нагрева КПД падает, так как сталь теряет магнитные свойства.

   

Назад

Поиск

RSS ЭЛИСИТ 

Последние новости

23.05.2017
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Лучшая компания России
Компания "ТЕСЛАЙН ИНДАКТИВ" награждена почетной медалью «Национальный знак качества. Выбор России» в рейтинге "ЛУЧШАЯ КОМПАНИЯ РОССИИ — 2016" ...
Подробнее...

09.01.2017
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Модернизированная китайская установка
Инженерами ТЕСЛАЙН выполнен ремонт и модернизация установки индукционного нагрева мощностью 60кВт в двухблочном исполнении производства КНР (Китай)
Подробнее...

20.07.2016
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Услуга закалки ТВЧ
Услуги закалки ТВЧ деталей в новом цехе на производственной площадке ООО "ТЕСЛАЙН ИНДАКТИВ", г.Томск. Выполнение срочных заказов.
Подробнее...

Фотостена

Индукционный нагрев, установки ТВЧ индукционного нагрева, печи ТВЧ, индукционный нагреватель

Индукционная пайка ТВЧ установка

ТВЧ закалка трубы индуктор