Індукційні нагрівальні і гартівні установки

В індукційних установках тепло в електропровідному нагрівається тілі виділяється струмами, индуктироваться в ньому змінним електричним полем.

Переваги індукційного нагріву в порівнянні з нагріванням в печах опору:

1) Передача електричної енергії конкретно в нагрівається тіло дозволяє виконати прямий нагрів провідникових матеріалів. При цьому збільшується швидкість нагріву в порівнянні з установками непрямого діяння, в яких виріб гріється тільки з поверхні.

2) Передача електричної енергії конкретно в нагрівається тіло не вимагає контактних пристроїв. Це комфортно в умовах автоматичного поточного виробництва, при використанні вакуумних і захисних засобів.

3) Завдяки явищу поверхневого ефекту найбільша потужність, виділяється в поверхневому шарі нагрівається вироби. Тому індукційний нагрів при загартуванню забезпечує жвавий нагрів поверхневого шару виробу. Це дозволяє отримати високу твердість поверхні деталі при відносно вузький середині. Процес поверхневої індукційного загартування швидше і економічніше інших способів поверхневого зміцнення вироби.

4) Індукційний нагрів майже завжди дозволяє підвищити продуктивність і поліпшити умови праці.

Індукційний нагрів широко застосовується для:

1) Плавки металів

2) Термообробки деталей

3) Наскрізного нагріву деталі або заготовок перед пластичною деформацією (кування, штампування, пресування)

4) Пайки і наплавлення

5) Зварювання металу

6) Хіміко-термічної обробки виробів

В індукційних нагрівальних установках індуктором створюється електричне поле, воно наводить в залізній деталі вихрові струми, велика щільність яких припадає на поверхневий шар деталі, де і виділяється найбільша кількість тепла. Це тепло пропорційно потужності, підведеної до індуктора, і знаходиться в залежності від часу нагріву і частоти струму індуктора. Методом відповідного вибору потужності, частоти і часу дії підігрів може бути здійснений в поверхневому шарі різної товщини або по всьому перетину деталі.

Індукційні нагрівальні установки по методу завантаження і вподоби роботи бувають повторюваного і безперервної дії. Останні можуть вбудовуватися в потокові і автоматичні технологічні лінії.

Поверхнева індукційна гарт, а саме, підміняє такі дорогі операції поверхневого зміцнення, як цементація, азотування тощо.

Індукційні гартівні установки

Мета індукційної поверхневого гарту: отримання високої твердості поверхневого шару при збереженні в`язкої середини деталі. Для отримання такої гарту створюють жвавий нагрів деталі на задану глибину струмом, індукованим поверхневим шаром металу з наступним охолодженням.

Глибина проникнення струму в метал знаходиться в залежності від частоти, то поверхнева гарт просить різної товщини гартувати шару.

Розрізняють наступні види індукційної поверхневого гарту:

1) Одночасна

2) Одночасно-почергова

3) Безперервно-послідовна

Одночасна індукційна гарт - полягає в одночасному нагріванні всієї гартує поверхні з наступним охолодженням поверхні. Індуктор і охолоджувач комфортно поєднати. Застосування лімітується потужностями живлячої генератора. Нагрівається поверхня не перевершує 200-300 см2.

Одночасно-почергова індукційна гарт - властива тим, що окремі частини нагрівається деталі гріються одночасно-черзі.

Безперервно-послідовна індукційна гарт - застосовується в разі великої протяжності гартує поверхні і полягає в нагріві ділянки деталі при безперервному русі деталі щодо індуктора або навпаки. Охолодження поверхні слід за нагріванням. Можливе застосування окремих охолоджувачів або суміщених з індуктором.

На практиці думка індукційної поверхневого гарту реалізується в індукційних гартівних верстатах.

Розрізняють особливі індукційні гартівні верстати, створені для обробки певної деталі або груп деталей, незначно відрізняються розмірів і універсальні індукційні гартівні верстати - для обробки всіх деталей.

Гартівні верстати включають наступні елементи:

1) Знижуючий трансформатор

2) Індуктор

3) Батарея конденсаторів

4) Система водяного охолодження

5) Елемент контролю і управління роботи верстата

Універсальні індукційні гартівні верстати забезпечуються пристроями для закріплення деталей, їх пересування, обертання, можливість для підміни індуктора. Конструкція гартувального індуктора залежить від виду поверхневого гарту і від форми гартує поверхні.

Залежно від виду поверхневого гарту і конфігурації деталей використовують різні конструкції гартівних індукторів.

Пристрій гартівних індукторів

Індуктор складається з індукуючого дроту, який робить змінне магнітне поле, токоподводящих шин, контактних колодок для з`єднання індуктора з джерелом живлення, трубок для подачі і відведення води. Для гарту плоских поверхонь використовують один і багатовиткові індуктори.

Існує індуктор для загартування зовнішніх поверхонь циліндричних деталей, внутрішніх плоских поверхонь і т.д. Бувають циліндричні, петльові, спірально-циліндричні і спірально плоскі. При низьких частотах індуктор може містити муздрамтеатр (в ряді випадків).

Джерела живлення гартівних індукторів

Джерелами харчування гартівних індукторів середньої частоти служать електромашинні і тиристорні перетворювачі, що забезпечують робочі частоти до 8 кГц. Для отримання частоти в діапазоні від 150 до 8000 Гц вживають машинні генератори. Можуть бути застосовані перетворювачі на базі керованих вентилів. Для більш високих частот вживають лампові генератори. В області завищеною частоти вживають машинні генератори. Конструктивно генератор об`єднують з приводним двигуном в єдиний преосвітній агрегат.

Для частоти від 150 до 500 Гц використовуються звичайні багатополюсні генератори. Вони працюють на великих швидкостях обертання. Обмотка збудження, розташована на роторі, харчується через контакт кільця.

Для частоти від 100 до 8000 Гц вживають індукторні генератори, ротор яких не має обмотки.

У звичайному синхронному генераторі обмотка збудження, обертаючись з ротором, робить в обмотці статора знакозмінний потік, то в індукторні генераторі обертання ротора призводить до пульсації магнітного потоку, зчепленого з магнітною обмоткою. Застосування індукційного генератора на завищеною частоті пояснюється конструктивними труднощами генераторів, що працюють на частоті > 500 Гц. У таких генераторах важко розташувати багатополюсні обмотки статора і ротора, привід здійснюється асинхронними двигунами. При потужностях до 100 кВт зазвичай обидві машини об`єднують в одному корпусі. Велика потужність - два корпуси. Індукційні нагрівачі і гартівні агрегати можуть отримувати живлення від машинних генераторів за схемою індукційного харчування або центрального.

Индукционное харчування прибутково, коли генератор стовідсотково завантажується однією установкою, яка працює безперервно в залізних установках наскрізного нагрівання.

Центральне харчування - при наявності величезної кількості нагрівальних установок, що працюють циклічно. В даному випадку можлива економія встановленої потужності генераторів за рахунок неодночасної роботи окремих нагрівальних установок.

Генератори вживають зазвичай з самозбудженням, які можуть забезпечувати потужність до 200 кВт. Такі лампи працюють при анодній напрузі 10-15 кВ, для охолодження анодних ламп розсіюється більше 10 кВт застосовується водяне охолодження.

Для отримання великих напруг зазвичай вживають масивні випрямлячі. Потужність, що віддається установкою. Нерідко регулюють, регулюючи вихідна напруга випрямляча і використовуючи надійну екранування коаксіальних кабелів для передачі частотної енергії. При наявності неекранованих нагрівальних постів повинно бути застосовано дистанційне керування, також механічні автоматичні роботи з метою виключення перебування персоналу в небезпечній зоні.