Универсальное устройство для импульсной тепловой обработки

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ С ВИДЕТЕ !ЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респубпни (iii790164 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 01.02.79 (21) 272 3845/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 23.12 80. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 26.12.80 (5! )М. Кл.

Н 03 К 3/53

Гаоударстееииый комитет ае делам иаобретеиий и открытий (53) УДК 621. . 373 (088.8) Ф

И. В. Белый, П. М. Пшиков и B. А. Матвейчук (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Харьковский ордена Ленина попитехнический институт им. В. И. Ленина (54) УНИВЕРСАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ

ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ

Изобретение относится к электротермической обработке металлов и может быть применено в области нагрева электрома нитным полем.

Известно устройство для импульсной тепловой обработки, содержащее источник питания переменного тока, к которому подключен выпрямитепь, и токоограничивающий элемент, поспедоватепьно соединенные конденсатор и катушка индуктивности, которые последовательно соединены с тэ1О коограничивающим элементом, а параллельно им включен тиристорный коммутатор, и второй конденсатор с согласующим уст ройством, образующими последовательную .15 папочку, параплепьно включенную первому конденсатору L13

Недостаток известного устройстваограниченная возможность скоростного нагрева и импульсной закалки поверхности металла, а также импульсного термомеханического упрочнения этой поверхности.

Известно также устройство дпя импульсной тепловой обработки, содержащее источ2 ник питания переменного тока, выпрямитель, токоограничивающий элемент j2).

Однако это устройство не позволяет быстро нагреть поверхность металла, что обусловлено ограничением выделяемой мощности иэ-за включения в цепь токоограничивающего элемента, использования для высокочастотного нагрева только лишь разрядного импульса тока конденсатора, ограничения мощности выпрямителя. Кроме того, это устройство не позволяет осуществлять воздействие давлением из-за того, что отсутствует элемент, обеспечивающий создание кратк жременно действующего давления.

Наиболее близким техническим решени- ем к предлагаемому является устройство дпя нагрева, содержащее источник питания переменного тока, выпрямитель, к которо-, му через токоограничивающий элемент подключена последовательная иепочка, состоящая из частотозадающего конденсатора и согласующего устройства, паралпельно

3 79 которой включен разрядный управляемый тиристорный коммутатор f3) .

Недостатком известного устройств а является ограничение возможности скоростного нагрева и импульсной закалки поверхности, а также импульсного термомеханического упрочнения этой поверхности.

Бель изобретения - увеличение выделя емой мощности и воздействие на нагретую поверхность сил импупьсного магнитного поля.

Поставленная цель достигается тем, что универсальное устройство для импульсной тепловой обработки, содержащее источник питания переменного тока, к которому подсоединен выпрямитепь с токоограничивающим элементом, последоватещ ную цепочку, состоящую из частотозадающего конденсатора и согласующего устройства, параллельно которой включен нагревающий разрядный управпяемый коммутатор, снабжено емкостным накопитепем энергии, подключенным к выпрямителю с токоограничивающим элементом, ударным управпяемым. разрядником, соединяющим емкостной накопитель с согласующим устройством, буферным конденсатором и катушкой индуктивности, параллепьно вкпюченными как между собой, так и с высоко .вопьтным источником питания, размыкателем и нагревающим зарядным управпя мым разрядником, соединяющим последов ательную цепочку ч ереэ р аэмыкатель с буферным конденсатором и импупьсным разрядным управляемым коммутатором, соединяющим емкостный наконитепь с нагревающим зарядным разрядником и последоватепьной цепочкой, а нагревающий разрядный управляемый коммутатор представляет собой разрядник, при этом между электродами каждого из нагревающих разрядников размещен в диэлектрическом диске, вращающемся вокруг своей оси, по крайней мере, один инициирующий электрод, выступающие торцы которого образуют зазор с электродами разрядника.

Емкостный накопитель и ударный управляемый разрядник, соединяющий емкост ной накопитель с согласующим устройством; обеспечивают воздействие на нагре. тый поверхностный слой MBTBlITIB давления импупьсного магнитного поля. Нагревающий зарядный управляемый разрядник позволяет использовать для высокочастотного нагрева зарядный импупьс тока частотозадающего конденсатора, что увепичивает мощность в нагрузке ° Испопьзование вы« соковольтного источника питания увеличивает выдепяемую мощность, способствуя

0164 4 увеличению скорости нагрева. Подключение к источнику питания буферного конденсатора и специальное исполнение разрядного и зарядного нагревающих разрядников увеличивают мощность в нагрузке, обеспечивая высокую скорость нагрева.

Импульсный разрядный коммутатор позволяет выделить энергию, накопленную в емкостном накопитепе, эа время, обеспечивающее отсутствие теплоотвода с поверхности нагретого металла в его середину, высокочастотными импульсами.тока. Параллельное соединение индуктивности с буф рным конденсатором облегчает работу источника питания в результате ограничения емкостного тока.

На фиг. 1 показана электрическая схема устройства, на фиг. 2;и 3 — импульсы тока, обеспечивающие нагрев поверхности метаппа.

Устройство содержит высоковольтный источник 1 питания переменного тока, который выполнен, например, в виде повыша ющего высоковольтного трансформатора, подключенного к сети переменного тока промышленной частоты. К источнику 1 питания подключен выпрямитель 2 с токо ограничивающим элементом 3, представляющим собой зарядное сопротивпение .для заряда емкостного накопителя 4. К емкосч ному накопителю 4 через ударный управ ляемый разрядник 5, например воздушный разрядник, подключено согпасующее устройство 6, например первичная обмотка ка35 бепьного трансформатора с сердечником или же непосредственно индуктор. Устройство снабжено также буферным конденсатором 7 и катушкой 8 индуктивности, па» раллельно включенными между собой.

Согласующее устройство 6 вместе с частотоэадающим конденсатором 9 образуют последовательную цепочку, паралпепьно которой включен нагревающий разрядный управляемый разрядник 10, а сама она

4$ соединена с буферным конденсатором 7 через нагревающий зарядный управляемый разрядник 11 и размыкатель 12. Емкостный накопитель 4 соединен с нагревающим зарядным управляемым разрядником 11

50 через импульсный разрядный управляемый коммутатор 13, выполненный, например, с механическим управлением. Разрядный и зарядный нагревающие разрядники 10 и

ll выполнены каждый иэ двух электродов, между которыми с зазором расположен, по меньшей мере, один инициирующий электрод соответственно 14 и 15. Инициирующие электроды 14 и 15 размещены в диэлектрических. дисках соответственно 16 и

5 79016

17 так, что торцы этих электродов высту пают над диском. Г(иски 16 и 17 через вап 18 связаны с механизмом вращения (на чертеже не показан). Электроды разрядников 10 и 11, соединенные между собой, расположены на диэлектрическом диске 19, разделяющем зоны действия разрядников 1Q и 11.

Устройство работает следующим образом. диэлектрические диски 16 и 17 раскру- ц чиваются от механизма вращения до оборотов от сотен до тысяч об/мин. При включении источника 1 питания переменного тока буферный конденсетор 7 оказывается под напряжением этого источника. Емкостный накопитель 4 заряжается через токоограничивающий эпемент 3 и выпрямитель 2 от высоковопьтного источника 1 питания. Работа источника 1 .питания об-цегчена тем, что ограничен емкостный ток т включения буферного конденсатора

7 за счет значительной вепичины резонансного сопротивпения .контура, обраэованного буферным конденсатором 7 и катушкой 8 индуктивности. В процессе вращения диэлектрических дисков 1 7 и 16 при поочередном прибпижении инициирующих эпектродов 15 и 14 к эпектродам соответствующих нагревающих зарядного и разрядного разрядников 10 и 11 происходит пооче-, редный пробой рабочего воздушного промежутка каждого коммутатора. При этом частотозадающий конденсатор 9 поочередно заряжается и разряжается через согпасующее устройство 6. Каждый рез заряд

35 конденсатора 9 идет до напряжения, бпизкого к мгновенному значению напряжения на источнике 1 питания, и осуществпяется от буферного конденсатора 7, который является в момент заряда источником о практически неограниченной мощности. 3арядные и разрядные укг упьсы тока явпяются мощными и имеют вид затухающей синусоиды, а их частота определяется емко тью частотозадающего конденсатора 9, В

4Б зависимости от этой емкости (от долей до единиц микрофарады) зарядный и разрядный импупьсы тока имеют частоту от десятков до сотен кГц. Импульсы тока„ проходя через согласующее устройство 6, Я) обеспечивают поверхностный нагрев металла. Поскопьку мощность, выделя мея каждым импульсом тока значитепьна, а ее допжны- скоммутировать зарядный и разрядный разрядники 10 и 11, то чтобы не повредипись при этом диэпектрические дис- ки 17 и 16 пробой разрядников 11 и 10 идет между их эпектродеми и выступающими над дисками 17 и 16 торцами иниии4 6 ирующих эпектродов соответственно 15 и

14. Восстановпение эпектрической прочно— ти каждого из негревающих разрядников

10 и 11 происходит в пауза между их срабатьпзанпями за счет удаления в процессе вращения соответствующего инициирующего„эпектрода от электродов нагревающего разрядника не такое расстояние, которое не допускает вторичного пробоя этого раз-рядника. При этом между самими эпектродами каждого иэ на-ревающих разряднихбв

10 и 11 не возникает пробоя, благодаря распопожению между этими электродами вращающегсся диэлектрического диске.

Зоны же коммутации разрядников 10 л 11 раздепены диэпектрическим диском

i3, искпючающим подсветку одного иэ разрядников 10 и 11 при работе другого.

За время между концом заряда частотозадающего конденсатора 9 и нечапом его спедующего заряда буферный конденсатор

7,подразрядивщийся в процессе заряда конденсатора 9, заряжается от источника

1 питания и имеет напряжение, равное мгновенному значению напряжения HB uc osvm 1 питания. ,Нагрев поверхности метание до заданной температуры идет мощаыми высокочастотными импупьсеми токе (фиг. 2) за счет заряда и разряде частотозадающего конденсатоца 9.

Огибающая максимальных амппитуд нагревающих импупьсов тока в процессе зарядов и разрядов конденсатора Ъ имеет характер синусоиды тока промышпенной частоты.

Выдепяемая мощность регупируется скоростью вращения дисков 16 и 17, т.е. частотой срабатывания разрядников 1.0 и 11. Регупйровка отбора мощности произвощ:тся также выбором соответствующегоо числа инициирующих электродов и емкостью частотозадающего конденсатора

9. Выделение необходимой для нагрева мощности высокочастотными импульсами тока, следующими один за другим с высокой частотой (от сотен до тысяч импуль, сов в секунду), обеспечивается нагреваемыми разрядниками. Такая работа устройсТВВ обеспечивает скоростной нагрев поверхности метаппа, т. е. увеличение скорости нагрева за счет того, что повышаl ется выдепяемая на нагрузке мощность.

При срабатывании имйуйьсного разрядного упревпяемого коммутетора 13 энергия, некоппенная в емкостном накопитепе

4, выделяется мощными высокочастотными импульсами тока от зарядов и разрядов частотозадающего конденсатора 9

0164 8 подсоединен выпрямитель с токоограничивающнм элементом, последовательную цепочку, состоящую из частотозадающего конденсатора и согласующего устройства, па5 раллельно которой включен нагревающий разрядный управляемый коммутатор, о тл и. ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения выделяемой мощности и воздействия на нагретую поверхность сип импульсного магнитного поля, оно снабжено емкостным накопителем энергии, подключенным к выпрямителю с токоограничивающим элементом, ударным управляемым разрядником, соединяющим емкостный накопитель с согласующим устройством, буферным конденсатором и катушкой индуктивности, параллельно включенными как между собой, так и с Bûñoêîâo IbTíûì источником пита7 79 (фиг. 3) за короткое время (менее О, Ic), обеспечивая мгновенный (импульсный) нагрев поверхности металла до температур закалки. После импульсного нагрева следует охлаждение поверхности с высокой скоростью за счет холодной массы металла.

В результате высокой скорости нагрева и охлаждения происходит импульсная закалка поверхности металла.

В случае, если энергии, накопленной в емкостном накопителе 4, не хватает для импульсного нагрева поверхности металла до температуры закалки, то перед импульсным нагревом от емкостного накопителя

4 энергии производят скоростной нагрев от высоковольтного источника 1 питания переменного тока. При этом скоростным нагревом обеспечивают незначительный подогрев поверхности металла (например, до 300 С). Затем с этой температуры производят импульсный нагрев до температуры закалки от емкостного накопителя

4 за счет срабатывания импульсного разрядного коммутатора 13.

Дпя осуществления импульсного термомеханического упрочнения в процессе импульсного нагрева поверхности металла от емкостного накопителя 4 срабатывает ударный управляемый разрядник 5. При этом емкостный накопитепь 4 энергии разряжается попностью на согласующее устройство 6. Создающее при этом разряд интенсивное импульсное магнитное поле, воздействуя на поверхностный нагретый слой металла, упрочняет его.

Универсальное устройство для импульсной тепловой обработки, содержащее источНик питания переменного тока, к которому

Формула изоб ретения ния, размыкателем и нагревающим зарядным управляемым разрядником, соединяющим последовательную цепочку через размыкатепь с буферным конденсатором и импульсным разрядным управляемым коммутатором, соединяющим емкостный накопитепь с нагревающим зарядным разрядником и последовательной цепочкой, а нагревающий разрядный управляемый коммутатор представляет собой разрядник, при этом между электродами каждого из нагревающих разрядников размещен в диэлектрическом диске, вращающемся вокруг своей оси, по крайней мере, один инициирующий электрод, выступающие торцы которого образуют зазор с электродами разрядника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Франции Ию 2206644, кл. Н 05 В 5/02, опубпик. 12.07.74.

2, Патент СССР М 436498, кл. С 21 D 1/12, 29.10.70.

3. Заявка Франции М 2296959, кл. Н 05 В 9/00, опублик. 03.09.76.

790164

Редактор О. Мапеи

Заказ 9062/59

Составитепь B. Чижов

Техред М. Кузьма КорректорВ. Бутяга

Тираж 995 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035; Москва, Ж-35, Раушская яа5., д. 4/5

Фипиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4