Способ управления процессом индукционного нагрева

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 200278 (21) 2584571/22-02 с присоединениеем заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 151180. Бюллетень ¹ 42

Дата опубликования описания 151180 (51) М. Кл.з

С 21 0 1/42

С 21 D 11/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 5З6.587:

:621.365.5.029. .5(088.8) (72) Авторы изобретения

И.Л. щербакова, A.Ï. Лазарев и Л.A. Яковлев (73) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ИНДУКЦИОННОГО

НАГРЕВА доля его изменения за счет изменения свойств вращающегося участка детали мала вследствие плохой связи индук5 тора с деталью. Когда нагреваемый участок детали в общей цепи тока в детали мал (процесс индукционной сварки), этот способ практически неприменим.

Щ Цель изобретения — повышение качества обрабатываемых изделий за счет увеличения точности повторения резуль - татов нагрева и выравнивания скоростей нагрева ферромагнитных деталей ниже и выше точки магнитных превращений и расширение технологических воэможностей управления индукционным нагревом.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют сигнал, пропорциональный величине или производной электромагнитного поля, рассеиваемого вихревыМи токами, протекающими в нагреваемом участке детали, полученный сигнал выg$ прямляют, сравнивают с опорным и величину разности между опорным и измеренным сигналом используют для управления индукционным нагревом, В качестве сигнала, пропорционального ап производной электромагнитного поля, Изобретение относится к методам автоматического управления процессами индукционного нагрева и может быть применено для регулирования процесса высокочастотного нагрева, например при термообработке (закалке) или сварке.

Известен способ, основанный на измерении характеристик электромагнитного поля в системе индуктор-деталь и использовании в качестве полезного сигнала изменение зависящей от .тем-" пературы интенсивности рассеиваемого индуктором магнитного поля. Имеется ввиду увеличение рассеяния поля в системе индуктор-деталь при потере деталью вследствие нагревания магнитных свойств 1 .

Недостатком известного способа является то, что контроль температуры детали путем измерения зависящей от температуры части поля рассеяния индуктора обладает недостаточной точностью, связанной с тем, что обычно само поле рассеяния индуктора невелико, так как КПД системы индуктордеталь высок (эа счет эффекта близости). В тех процессах, где поле рассеяния имеет значимую величину, 779413 рассеиваемого вихревыми токами, протекающими в нагреваемом участке детали, используют величину ЭДС, на- . веденной на катушку, охватывающую нггреваемую деталь в зоне нагрева.

На чертеже приведена осциллограмма

Способ заключается в следующем.

С помощью индикаторной катушки измеряют напряжение, пропорциональное производной потока, рассеиваемо го нагреваемой частью детали, или поле ее тока (датчиком Холла). Полученный сигнал выпрямляют и сравнива.ют с опорным (заранее заданным) напряжением. Величину разности между -"опорнйм напряжением измеренного сигнала используют в качестве обратной связи при регулировании степени нагрева.

Протекающие по детали вихревые токи рассеивают вблизи детали электромагнитное поле. Его величина на Опфеделйнном расстоянии от детали зависит как от величины плотности вихревых токов в детали, так и от их распределения, т.е. как от подводимой энергии, так и от электромагнитных характеристик детали в зоне протекания тока (p u p ), которые, в свою очередь, зависят от температуры.

Таким образом, величина и изменение электромагнитного Ноля, рассеиваемого током в нагреваемом участке детали, будут зависеть от темйературы

" -в поверхностном слое детали и от мощности, передаваемой в деталь.

ИндйКация велйчины и изменения эт го поля, например при помощи ЭДС, на водимой на виток,охватывающий нагреваемый участок детали, позволяет оценить энергию, передаваемую в деталь в процессе нагрева и учесть изменение свойств детали от температуры. Указанная ЭДС пропорциональна переменному магнитному потоку, npo(d Р 1 низывающему деталь p- . ° Исполь1 зование этого сигнала позволит получить воспроизводимые результаты нагрева деталей .

Кроме того, в случае нагрева ферромагнитных деталей, например под по

" " "верхнбСтиую закалку; управление при помощи предлагаемого способа позволяет расширить зону закалки сравнительно с ее глубиной за счет выравнивания скорости нагрева детали выше и ниже точки Кюри путем измерения и стабилизации сигнала, пропорционального величине электромагнитного поля рассеиваемого нагреваемым участком деталй. При стабилизации величины электромагнитного поля в детали (за счет увеличения энергии, отдаваемой .индуктором) скорость нагрева детали до и после точки Кюри практйчески постоянна. На краях зойы, еще не по "" терявЖИ в"процессе- нагpeва магнитных свойств, напряженность электрического поля возрастает за счет концентрации потока от "горячей" зоны, что приводит к быстрому разогреву этих крайних участков зоны нагрева (c холодной еще глубиной проникновения). Зона нагрева под закалку на поверхности детали становится шире, чем при использовании известных способов управления нагревом.

Пример. Производится нагрев до 1000 С средней части стальных (деталей (марки ст. 45) диаметром

28 мм и длиной 120 à индукторе с внутренним диаметром 35 мм и высотой

20 мм на частоте 8 кГц преобразователем мощностью 30 кВт. Внутри

f5 инд ктора, соосно с ним, устанавливают 2 охватывающие деталь индикаторные катушки — одна в средней части индуктора, другая на его краю. Измеряют величину ЭДС, наводимой в, 20 катушках изменением потока, рассеиваемого нагреваемой частью детали, напряжение на индукторе и ток в нем.

При нагреве деталей стабилизировалась величина ЭДС катушки, охватывающей деталь в средней части индуктора.

На осциллограмме записано изменение различных электрических параметров в системе индуктор-деталь, а именно: напряжение на индукторе 1, напряжение на шинах генератора 2, ЭДС 3 катушки, охватывающей край зоны нагрева детали, ЭДС на катушке, охватывающей деталь в средней части

Q- зоны нагрева 4 и тока индуктора 5.

Стабилизируется величина сигнала 4.

Как видно по кривой, в конце нагрева ЭДС 3 катушки увеличивается, в то время как ЭДС 4 остается неизменной. Ток индуктора 5 резко воз40 растает, напряжение на индукторе 1 возрастает незначительно. Увелииение

ЭДС 3 по сравнению с ЭДС 4 обеспечивает усиление нагрева краев зоны и выравнивание глубины слоя нагрева по

45 ширин

После нагрева детали закалнваются и разрезаются. Производится замер закаленной зоны. В результате замеров установлено, что отношение ширины зоны закалки у повеРхности детали к максимальной. глубине зоны у дета-. лей, нагретых при стабилизации ЭДС 4, равно 4,0, в то время как у деталей, нагретых по известному способу (при стабилизации напряжения на генерато ре), это отношение равно 2,89, т.е. пРи стабилизации ЭДС 4 это соотношение увеличивается в 1,37 раз.

Использование предлагаемого способа позволяет улучшить повторяемость нагрева, так как контролируется непосредственно напряжение, наводимое в детали, и получить более плоскую форму зоны нагрева для поверхностной закалки, что имеет большое значение при закалке одновитковым индукторном

779413

Формула изобретения

Составитель Т. Москаленко

Техред И. Асталош КорректорС. Щомак

Редактор M. Ткач

3акаэ 7966/37 Тираж 608 Подписное

ЭНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 эоны, ширина которой соизмерима с высотой индуктора.

1. Способ управления процессом индукционного нагрева, основанный на измерении характеристик электромагнитного поля в системе индуктор-деталь и использовании в качестве полезного сигнала изменение зависящей от температуры интенсивности рассеиваемого индуктором переменного магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обрабатываемых иэделий за счет увеличения точности повторения результатов на- 15 грева и выравнивания скоростей нагрева ферромагнитных деталей ниже и выше точки магнитных превращений, и ,расширения технологических возможностей управления индукционным нагре- 2О вом, измеряют сигнал, пропорциональ- ный величине или производной электромагнитного поля, рассеиваемого вихревыми токами, протекающими в нагреваемом участке детали, полученный сигнал выпрямляют, сравнивают с опорным и величину разности между опорным и измеренным сигналом используют для управления индукционным нагревом.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве сигнала, пропорционального производной электромагнитного поля, рассеиваемого вихревыми токами, протекающими в нагреваемом участке детали, используют величину ЭДС, наведенной на катушку, охватывающую нагреваемую деталь в зоне нагрева.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 176727, кл. G 05 0.23/19, 1964.