2.6 Установки індукційного і діелектричного нагрівання
2.6.1 Фізичні основи індукційного нагрівання
Індукційні установки та установки діелектричного
нагрівання за принципом дії відносяться до електротермічних установок, де електрична енергія виділяють безпосередньо у виробах, що нагрівають.
Індукційне нагрівання металічних тіл оснований на поглинанні ними електромагнітної енергії, виникненні наведених вихрових струмів, що нагрівають тіло за законом Джоуля-Ленца. Змінне магнітне поле створене індуктором, який по відношенню до грітого тіла є первинною обмоткою трансформатора. Тіло, що нагрівають виконує роль вторинної обмотки трансформатора, яка має один коротко замкнутий виток (рис 2.26).
1 ‒ індуктор; 2 - магнітний потік у грітому тілі; 3 ‒ тіло, що
нагрівають; 4 - наведений потік; 5 ‒ повітряний проміжок
Рисунок 2.26 - Принципова схема індукційного нагрівання
За послаблення стискування автоматично зменшується
дійсна площа дотику торців деталей і струм протікає тільки через місце торкання, нагріваючи їх до температури плавлення. Далі входять у контакт інші елементарні виступи, в результаті чого у проміжку утворюється прошарок напіврідкого металу. У процесі кінцевої посадки надлишок металу витискають із
проміжку між деталями у вигляді грата (віночка) (рис. 3.16).
Рисунок 3.16 ‒ Зовнішній вигляд шва, виконаного
стиковим зварюванням з оплавленням
Стикове зварювання з оплавленням має ряд переваг перед
зварюванням опором:
- міцний шов;
- не потрібно великих механічних зусиль;
- менші затрати для обробки шва;
- вища продуктивність зварювальних робіт;
- можливість зварювання деталей з різних металів
(наприклад, алюміній - мідь, сталь - мідь тощо.)
Застосовують для зварювання у стик стержнів, профільного і фасонного металу за поперечного перерізу до 10000 мм2, стрічок і листів, труб, замкнутих контурів (кілець, ланцюгів і т.д.), залізничних рейсів, інструменту і кольорового дроту.
Змінний магнітний потік Ф (2), створюваний первинною Для стикового зварювання вітчизняна
обмоткою ‒ індуктором 1, пропорційний MPC і обернено
пропорційний опорові магнітного кола. ЕРС,
E = 4.44Фаf 10-8 В,
яка виникає в грітому тілі за відомих значень електричних опорів тіла (активного - r і повного z) забезпечує виникнення в ньому вихрового струму І (4) і виділення відповідної
56
електропромисловість випускає машини різного призначення у діапазоні потужностей від 0,75 до 750 кВА.
В процесі точкового зварювання (рис. 3.13, б) деталі, які з'єднують розміщують між двома мідними електродами, що закріплені у спеціальних електродотримачах.
Під дією натискного механізму електроди щільно
87
потужності
P = І2r = E2r/z2.
Отже, індукційне нагрівання є прямим нагрівним опором, а вмикання грітого тіла в коло струму здійснюють за рахунок магнітного зв'язку.
Опір матеріалу r заданий, тому для підвищення потужності установки необхідно збільшувати ЕРС - Е. Це досягають двома
способами:
Рисунок 3.14 ‒ Зовнішній вигляд шва, що виконаний
зварюванням опором
Зварювання опором застосовують для зварювання деталей
із вуглецевих сталей і кольорових металів з невеликими поперечними перерізами (до 3 см2).
В процесі стикового зварювання з оплавленням і нагріванням деталей проводять у три або дві послідовні стадії - попередній підігрів, оплавлення і кінцева посадка, або тільки у дві останні стадії (рис. 3.15).
У початковий момент зварювання здійснюють контакт зварюваних деталей зусиллям стискування Р = 5-20 н/см2; опісля вмикають струм, який розігріває місце стику до t = 700- 900°С (для сталі). Потім стискуюче зусилля послабляють до 2-5 н/см2, внаслідок чого збільшується опір контакту і відповідно спадає зварювальний струм.
Рисунок 3.15 ‒ Графіки струму і стискаючого зусилля
за стикового зварювання з оплавленням і попереднім
підігріванням
86
1) збільшенням магнітного потоку Ф; 2) підвищенням частоти.
Діапазон частот, що використовують в індукційних
установках є у межах 5·10-6‒10-7 Гц.
Індукційне нагрівання широко застосовують: для
плавлення металів; термічної обробки деталей; наскрізного н а г р і ва н н я за г о т о во к п е р е д п л а с т и ч н о ю д е ф о р м а ц і єю (куванням, штампуванням, пресуванням, прокатуванням тощо); зварювання металів; хіміко-термічної обробки виробів; одержання низькотемпературної плазми.
За частотою струму живлення індукційні установки
поділяють:
1) установки промислової частоти (50 Гц); вмикають у мережу безпосередньо або через понижуючі трансформатори (індукційні плавильні канальні печі, крупні тигельні печі,
установки для наскрізного нагрівання великих заготовок);
2) установки середньої (підвищеної (500‒10000 Гц) частоти), які живляться від тиристорних або електромашинних перетворювачів частоти (тигельні печі, різні індукційні
нагрівальні печі та установки загартування);
3) високочастотні установки з живленням від лампових генераторів для нагрівання і плавлення, для зварювання труб (66 або 440 кГц), для поверхневого нагрівання під термообробку (0.44‒5.28 МГц), для нагрівання іонізованих газів у процесі одержання низькотемпературної плазми (1.76‒27,12 МГц).