ПРИНЦИП И КИНЕТИКА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА СТАЛИ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

Нагреваемую деталь (рисунок 1.1) помещают в индуктор, представляющий собой проводник или катушку, питаемую переменным электрическим током. Внутри катушки создается переменное магнитное поле, которое взаимодействует с металлом детали и в соответствии с законом электромагнитной индукции возбуждает в поверхностных слоях металла электродвижущую силу, и соответственно переменный ток той же частоты, что и ток индуктора. За счет теплового действия тока происходит нагрев детали.

Переменный ток распределяется неравномерно по сечению детали и протекает преимущественно в поверхностных слоях (поверхностный эффект). При этом около 87% всей тепловой энергии выделяется в слое, характеризуемом глубиной проникновения тока и определяемом по формуле:

(1.1.)

δ~ 5030

где δ – глубина проникновения тока, см;

ρ – электрическое сопротивление материала детали, Ом-см;

μ – относительная магнитная проницаемость;

f – частота тока, Гц.

Характер изменения μ и ρ материала детали с повышением температуры определяет особенности кинетики индукционного Нагрева. В стали это приводит к замедлению нагрева поверхности при достижении температур 730-770°С (рисунок 1.2), что связано с потерей сталью ферромагнитных свойств вследствие фазовых превращений (образования парамагнитного аустенита) или Превышения точки Кюри феррита (768°С). Относительная магнитная проницаемость становится равной единице, возрастает глубина проникновения тока и тепловая энергия начинает выделяться в более толстом слое.

Рисунок 1.1 Схемы индукционного нагрева:

а – распределение магнитного потока в индукторе;

б – направление токов в индукторе и детали;

1 – нагреваемая деталь;

2 – виток индуктора;

3 – магнитные силовые линии;

4 – направление тока в индукторе;

5 – направление тока в детали

Рисунок 1.2 Термические кривые индукционного нагрева:

f_К – конечная температура нагрева;

τ_общ – общее время нагрева;

υ_Ф1, υ_Ф2 – скорости нагрева в области фазовых превращений.