Instalacje nagrzewania i odpuszczania indukcyjnego

W instalacjach indukcyjnych ciepło w nagrzanym ciele przewodzącym prąd jest uwalniane przez prądy indukowane w nim przez zmienne pole elektromagnetyczne.

Zalety nagrzewania indukcyjnego w porównaniu z nagrzewaniem w piecach oporowych:

1) Przekazywanie energii elektrycznej bezpośrednio do ogrzanego ciała umożliwia bezpośrednie nagrzewanie materiałów przewodzących. Jednocześnie zwiększa się szybkość nagrzewania w stosunku do instalacji z działaniem pośrednim, gdzie produkt jest podgrzewany tylko z powierzchni.

2) Przekazywanie energii elektrycznej bezpośrednio do ogrzanego ciała nie wymaga urządzeń kontaktowych. Jest to wygodne w warunkach zautomatyzowanej produkcji produkcyjnej, gdy stosuje się próżnię i środki ochronne.

3) Ze względu na zjawisko efektu powierzchniowego, maksymalna moc uwalniana jest w warstwie wierzchniej nagrzanego produktu. Dlatego nagrzewanie indukcyjne podczas chłodzenia zapewnia szybkie nagrzewanie warstwy wierzchniej produktu.Umożliwia to uzyskanie dużej twardości powierzchni części przy stosunkowo lepkim ośrodku. Indukcyjne utwardzanie powierzchniowe jest szybsze i bardziej ekonomiczne niż inne metody utwardzania powierzchniowego.

4) Nagrzewanie indukcyjne w większości przypadków poprawia wydajność i poprawia warunki pracy.

Ogrzewanie indukcyjne jest szeroko stosowane do:

1) Topienie metali

2) Obróbka cieplna części

3) Poprzez podgrzewanie części lub półfabrykatów przed odkształceniem plastycznym (kucie, tłoczenie, prasowanie)

4) Lutowanie i nakładanie warstw

5) Spawaj metal

6) Chemiczna i termiczna obróbka wyrobów

W indukcyjnych instalacjach grzewczych induktor tworzy pole elektromagnetyczne, prowadzi do części metalowej prądy wirowe, którego największa gęstość przypada na warstwę wierzchnią przedmiotu obrabianego, gdzie wydziela się największa ilość ciepła. Ciepło to jest proporcjonalne do mocy dostarczanej do cewki indukcyjnej i zależy od czasu nagrzewania i częstotliwości prądu cewki indukcyjnej. Poprzez odpowiedni dobór mocy, częstotliwości i czasu działania nagrzewanie może odbywać się w warstwie wierzchniej o różnej grubości lub na całym przekroju przedmiotu obrabianego.

Instalacje ogrzewania indukcyjnego w zależności od sposobu ładowania i charakteru pracy mają pracę przerywaną i ciągłą. Te ostatnie mogą być wbudowane w linie produkcyjne i automatyczne linie technologiczne.

W szczególności hartowanie indukcyjne powierzchni zastępuje tak kosztowne operacje utwardzania powierzchniowego, jak nawęglanie, azotowanie itp.

Instalacje do hartowania indukcyjnego

Cel indukcyjnego hartowania powierzchniowego: uzyskanie wysokiej twardości warstwy wierzchniej przy zachowaniu lepkiego środowiska części. Aby uzyskać takie utwardzenie, obrabiany przedmiot jest szybko nagrzewany do określonej głębokości prądem indukowanym przez warstwę powierzchniową metalu, a następnie chłodzony.

Głębokość wnikania prądu w metal zależy od częstotliwości, wtedy utwardzanie powierzchniowe wymaga różnych grubości utwardzonej warstwy.

Istnieją następujące rodzaje indukcyjnego utwardzania powierzchniowego:

1) Jednocześnie

2) Jednoczesny obrót

3) Ciągły-sekwencyjny

Jednoczesne hartowanie indukcyjne — polega na jednoczesnym nagrzaniu całej powierzchni przeznaczonej do hartowania, a następnie schłodzeniu tej powierzchni.Wygodne jest połączenie wzbudnika i chłodnicy. Zastosowanie jest ograniczone mocą generatora prądu. Ogrzewana powierzchnia nie przekracza 200-300 cm2.

Hartowanie indukcyjne symultaniczne-sekwencyjne — charakteryzujące się tym, że poszczególne części nagrzewanej części nagrzewane są jednocześnie i sekwencyjnie.

Hartowanie indukcyjne sekwencyjne ciągłe – stosowane w przypadku dużej długości utwardzanej powierzchni i polega na nagrzewaniu części części podczas ciągłego ruchu części względem wzbudnika lub odwrotnie. Chłodzenie powierzchni następuje po ogrzewaniu. Istnieje możliwość zastosowania oddzielnych chłodnic lub połączenia ich z induktorem.

W praktyce idea indukcyjnego utwardzania powierzchniowego znajduje zastosowanie w hartownicach indukcyjnych.

Istnieją specjalne hartownice indukcyjne przeznaczone do obróbki określonej części lub grup części o nieco innych rozmiarach oraz uniwersalne hartownice indukcyjne do obróbki dowolnej części.

Maszyny do utwardzania obejmują następujące elementy:

1) Transformator obniżający napięcie

2) Cewka indukcyjna

3) Kondensatory baterii

4) Układ chłodzenia wodą

5) Element sterowania i zarządzania maszyną

Uniwersalne maszyny do hartowania indukcyjnego wyposażone są w urządzenia do mocowania części, ich przesuwania, obracania, możliwość wymiany induktora. Konstrukcja wzbudnika hartowniczego zależy od rodzaju utwardzania powierzchniowego oraz kształtu powierzchni przeznaczonej do hartowania.

W zależności od rodzaju utwardzania powierzchniowego i konfiguracji części stosuje się różne konstrukcje induktorów hartowniczych.

Urządzenie do utwardzania cewek indukcyjnych

Induktor składa się z drutu indukcyjnego, który wytwarza zmienne pole magnetyczne, szyn zbiorczych, listew zaciskowych do podłączenia induktora do źródła zasilania, rur do dostarczania i odprowadzania wody. Cewki indukcyjne jedno i wieloobrotowe służą do utwardzania powierzchni płaskich.

Jest wzbudnik do utwardzania zewnętrznych powierzchni części cylindrycznych, wewnętrznych płaskich powierzchni itp. Istnieją cylindryczne, pętlowe, spiralno-cylindryczne i spiralne płaskie. Przy niskich częstotliwościach cewka indukcyjna może zawierać obwód magnetyczny (w niektórych przypadkach).

Zasilacze do cewek utwardzających

Elektryczne przetwornice maszynowe i tyrystorowe, zapewniające częstotliwości pracy do 8 kHz, służą jako źródła zasilania dla cewek gaszących średniej częstotliwości.Aby uzyskać częstotliwość w zakresie od 150 do 8000 Hz, stosuje się generatory maszynowe. Można zastosować przetwornice sterowane zaworami. Dla wyższych częstotliwości stosowane są generatory lampowe. W zakresie zwiększonej częstotliwości stosuje się generatory maszynowe. Konstrukcyjnie generator jest połączony z silnikiem napędowym w jednym urządzeniu konwertującym.

Dla częstotliwości od 150 do 500 Hz stosuje się konwencjonalne generatory wielobiegunowe. Pracują z dużymi prędkościami. Cewka wzbudzenia umieszczona na wirniku jest zasilana przez styk pierścieniowy.

Dla częstotliwości od 100 do 8000 Hz stosuje się generatory indukcyjne, których wirnik nie ma uzwojenia.

W konwencjonalnym generatorze synchronicznym uzwojenie wzbudzenia obracające się wraz z wirnikiem wytwarza strumień przemienny w uzwojeniu stojana, następnie w generatorze indukcyjnym obrót wirnika powoduje pulsację strumienia magnetycznego związanego z uzwojeniem magnetycznym. Zastosowanie generatora indukcyjnego o podwyższonej częstotliwości wynika z trudności konstrukcyjnych generatorów pracujących z częstotliwością > 500 Hz. W takich generatorach trudno jest umieścić wielobiegunowe uzwojenia stojana i wirnika; napęd odbywa się za pomocą silników asynchronicznych. Przy mocy do 100 kW obie maszyny są zwykle łączone w jednej obudowie. Duża moc - dwa przypadki Nagrzewnice indukcyjne i urządzenia chłodzące mogą być zasilane z agregatów maszynowych za pomocą zasilania indukcyjnego lub centralnego.

Moc indukcyjna jest przydatna, gdy generator jest w pełni naładowany przez pojedynczą jednostkę pracującą w sposób ciągły w metalowych elementach grzejnych.

Zasilanie centralne — w przypadku dużej liczby elementów grzejnych pracujących cyklicznie.W takim przypadku możliwe jest zaoszczędzenie zainstalowanej mocy generatorów dzięki jednoczesnej pracy oddzielnych jednostek grzewczych.

Generatory są zwykle używane z samowzbudzeniem, które mogą zapewnić moc do 200 kW. Takie lampy działają przy napięciu anodowym 10-15 kV; chłodzenie wodne służy do chłodzenia lamp anodowych o mocy rozproszonej powyżej 10 kW.

Prostowniki mocy są zwykle używane do uzyskiwania wysokiego napięcia. Moc dostarczana przez instalację. Często korekty te są dokonywane poprzez regulację napięcia wyjściowego prostownika i zastosowanie niezawodnego ekranowania kabli koncentrycznych do przenoszenia mocy o wysokiej częstotliwości. W obecności nieekranowanych stojaków grzewczych należy zastosować zdalne sterowanie oraz automatyczną pracę mechaniczną, aby wykluczyć obecność personelu w strefie niebezpiecznej.