Время сквозного индукционного нагрева заготовок

Если при данной частоте тока требуется нагреть за­готовку быстро, необходимо использовать режим на­грева при постоянной температуре на поверхности.

Для осуществления такого режима в начале нагрева необходимо подвести к заготовке большую мощность, а затем, когда поверхностный слой в пределах горячей глубины проникновения достигает заданной темпера­туры, эта мощность должна быть снижена до уровня, достаточного для поддержания в нагретом слое по­стоянной температуры.

Мощность, подводимая к единице поверхности при данной частоте тока, пропорциональна квадрату ампервитков, приходящихся на единицу длины индуктора.

Поэтому при методическом способе индукционного нагрева режим постоянной температуры на поверхности заготовки можно осуществить, разбивая индуктор на несколько секций. Секции навиваются из трубок различного попе­речного сечения и отличаются поэтому друг от друга различным шагом навивки и, следовательно, числом витков на единицу длины. Длина каждой секции должна быть кратной длине заготовки. В начале индуктора, куда подаются холодные заготовки, располагаются сек­ции с малым шагом навивки, т. е. большим числом вит­ков на единицу длины. В последующих секциях число витков на единицу длины постепенно уменьшается. Электрически все секции соединяются последовательно, поэтому по ним протекает одинаковый ток.

Шаг навивки секции подбирается таким образом, чтобы в первой секции к заготовке подводилась боль­шая мощность, достаточная для быстрого нагрева ее поверхности. В остальных секциях подводимая мощ­ность уменьшается в соответствии с требованиями ре­жима нагрева при постоянной температуре.

Для обеспечения однообразия режима нагрева для всех заготовок данной партии напряжение на индук­торе и темп подачи заготовок в индуктор поддержи­вается постоянным.

При периодическом способе нагрева заготовка ле­жит в индукторе неподвижно. Число ампервитков на единицу длины индуктора может быть изменено только изменением силы тока в индукторе. Сила тока изме­няется при изменении напряжения на индукторе. По­этому при периодическом способе нагрева режим с по­стоянной температурой на поверхности можно осуще­ствить с помощью системы управления, автоматически изменяющей напряжение. Эта система должна управ­ляться фотопирометром, измеряющим, температуру на поверхности заготовки. Может быть использована также система программного регулирования.

При нагреве первой заготовки, измеряя темпера­туру поверхности термопарой или фотопирометром, при ручном управлении, подбирают необходимый закон изменения напряжения на индукторе. Затем этот закон воспроизводится запоминающим устройством.

Время, необходимое для нагрева заготовок различ­ного диаметра при нагреве током частотой 500, 1000, 2500, 8000 гц и радиочастоты в режиме постоянной тем­пературы поверхности, можно определить по кривым, приведенным на рис. 5.

В практике индукционного нагрева встречается много случаев, когда нагрев в режиме постоянной тем­пературы не может быть использован. В некоторых ма­териалах при большом градиенте температур образу­ются трещины.

Если при методическом нагреве в одном и том же индукторе требуется нагревать различные заготовки, длина секций индуктора может оказаться не кратной длине заготовки. При нагреве заготовок одинакового диаметра может потребоваться разная производитель­ность.

Не всегда, как это будет показано ниже, при дан­ной частоте можно осуществить индуктор для нагрева по режиму с постоянной температурой на поверхности. Плотность тока в первых секциях индуктора может ока­заться недопустимо большой. Сечение трубки, получив­шееся при расчете индуктора, будет мало для пропу­скания достаточного количества воды и т. п.

Если нагрев при постоянной температуре использо­ван быть не может, необходимо выбрать какой-либо другой режим нагрева.

Проще всего и изготовлении и настройке для на­грева различных заготовок индукторы с постоянным шагом навивки индуктирующего провода. При методи­ческом и периодическом способах нагрева в таких индукторах всегда удается подобрать напряжение на индукторе таким образом, чтобы температура на поверх­ности и в сердцевине, постепенно повышаясь, одновре­менно достигла заданных значений. Для получения однообразных результатов напряжение на индукторе должно поддерживаться постоянным. Такой режим на­грева, как уже указано выше, называют обычным на­гревом.

Благодаря уменьшению градиента температуры при обычном нагреве время нагрева значительно возрастает. Оно может быть определено по графикам рис. 6.

Кривые рис. 5 и 6 построены на основании экспери­ментальных работ, во время которых нагревались за­готовки из конструкционных углеродистых сталей. Для легированных сталей, а также цветных металлов, физи­ческие свойства которых сильно отличаются от свойств углеродистой конструкционной стали, время нагрева должно быть определено опытным путем.

После того как выбраны частота и режим нагрева и по кривым на рис. 5 или 6 определено время нагрева, выбирают способ нагрева. Соображения, которыми ру­ководствуются при выборе способа нагрева, излагаются в гл. II при описании схем нагревателей. Затем для методического способа нагрева определяют число заготовок в индукторе по формуле

               (9)

t_к - заданный темп выдачи заготовок.

Длина индуктора определяется по формуле

               (10)

где l₂ - длина заготовки;

Δl - дополнительная величина, на которую необходимо удлинить индуктор, чтобы первая и последняя заготовки находились достаточно далеко от концов индуктора.

При периодическом способе нагрева по формуле определяется число индукторов, необходимых для обеспечения заданной производительности.

Время, необходимое в каком-либо конкретном случае для нагрева заготовок до заданной температур поверхности при определенном перепаде температур, обычно несколько отличается от получаемого по кривым на рис. 5 и 6. Это отличие может быть связано с неко­торой разницей в конструкции и размерах индуктора а также разницей физических свойств между нагреваемой заготовкой и теми заготовками, которые нагревались при экспериментальном построении вышеуказанных кривых. Однако фактическое время будет одним и тем же для всех заготовок данной партии, если напряжение на индукторе остается постоянным или изменяется не значительно. В этом случае для управления процессом нагрева может быть установлено реле времени. По команде реле через равные интервалы заготовки могут подаваться в индуктор и извлекаться из него.

Если вследствие каких-либо причин напряжение на индукторе изменяется так, что при выдаче заготовок через равные интервалы времени изменения температуры превышают допустимые пределы, для управления процессом нагрева можно воспользоваться термопарой или фотопирометром.

Фотопирометр и термопара измеряют температуру на поверхности заготовки. Чтобы фотопирометр давал правильные показания, поверхность заготовок должна быть чистой от окалины и масла. Дым и копоть, образующиеся при горении масла, нарушают нормальную работу фотопирометра.

Термопара прижимается к поверхности заготовки специальным приспособлением. В момент удаления заготовки из индуктора термопара приподнимается.

Команды на выдачу нагретых заготовок, подаваемые фотопирометром и термопарой после измерения ими температуры поверхности автоматически изменяют темп выдачи от заготовки к заготовке и компенсируют таким образом отклонения в режиме, связанные с ко­лебаниями напряжения на индукторе. При этом в не­которых пределах будет также изменяться перепад температуры. Поэтому колебания напряжения на ин­дукторе при использовании термопар и фотопирометров также должны быть ограничены определенными пределами.

Назад