Применение установок ПЕТРА в технологиях индукционного нагрева

 

Применение установок ПЕТРА в технологиях индукционного нагрева.

Индукционный нагрев позволяет эффективно и быстро нагревать проводящие материалы (металлы, графит др.), за счёт наведения в них вихревых токов. Устройство, с помощью которого в нагреваемом теле наводятся вихревые токи, называется индуктором. К индуктору может быть подведено напряжение промышленной или повышенной (средней, высокой) частоты. От частоты подведённого к индуктору напряжения зависит коэффициент полезного действия и глубина одновременно нагреваемого слоя металла. Наиболее эффективен нагрев на повышенных частотах.

Постоянно расширяющееся многообразие технологий, в которых применяется индукционный нагрев, определяет многообразие форм и видов индукторов, функциональный, мощностной и частотный диапазон индукционного оборудования.

Сегодня индукционный нагрев занимает доминирующее положение в ряде технологий, вытеснив другие виды нагрева. Например, литейные участки большинства машиностроительных предприятий оснащены именно индукционными установками, для пайки инструмента применяется только ТВЧ-нагрев.

ООО НКВП «Петра» с 1990 года производит оборудование для технологий индукционного нагрева. Тиристорные преобразователи частоты ПЕТРА и установки индукционного нагрева металлов на их основе нашли своё применение в следующих основных технологиях.

Закалка ТВЧ.

Особенности индукционного нагрева позволяют добиться при ТВЧ-закалке выделения большой удельной мощности в поверхностном слое обрабатываемой детали. Благодаря этому успевает нагреваться только поверхностный слой детали, сердцевина же остаётся холодной. Кроме того, индукционные установки ПЕТРА позволяют легко автоматизировать процесс ТВЧ-закалки, обеспечив поддержание стабильной мощности в индукторе. Как следствие, твёрдость закалённого слоя равномерна. Другим преимуществом установок ПЕТРА является автокомпенсация изменения зазора «деталь-индуктор» током индуктора. Увеличение зазора приводит к уменьшению нагрева детали. При нагреве с применением, например, машинного преобразователя частоты с увеличением зазора падает ещё и ток индуктора, что приводит к нелинейному уменьшению нагрева детали. По этой причине, например, при закалке станин приходится выдерживать высокую точность зазора (до сотых долей миллиметра). В установках ПЕТРА при увеличении зазора ток в индукторе увеличивается за счёт этого в широких пределах изменения зазора (1…3 мм) нагрев детали не изменяется или изменяется незначительно.

Установки ПЕТРА-0501, ПЕТРА-ИНУ применяются для нагрева под закалку ТВЧ непрерывно-последовательным способом тел вращения (валов, шестерён и т.д.), для закалки крупномодульных шестерён методом «зуб за зубом» или «впадина за впадиной». Непрерывно-последовательный способ ТВЧ-закалки позволяет закаливать детали с большой площадью поверхности, применяя установку с относительно небольшой мощностью. При непрерывно-последовательном способе ТВЧ закалки обрабатываемая деталь совершает поступательно-вращательное перемещение сквозь нагревательный индуктор и охлаждающий душ. Для этих целей применяется специальный механизм перемещения (закалочный станок). В качестве такого механизма может быть использован уже имеющийся на предприятии токарный или сверлильный станок. В этом случае конструкторы НКВП «Петра» совместно со специалистами заказчика выполняют привязку узлов установки ПЕТРА-0501 к выбранному станку. НКВП «Петра» совместно с предприятиями партнёрами предлагает специальные закалочные станки для реализации непрерывно-последовательного способа закалки. Установка может быть поставлена в комплекте с таким станком.

При ТВЧ закалке с одновременного нагрева вся закаливаемая поверхность нагревается одновременно. Охлаждение также производится одновременно: либо с помощью охлаждающего душа либо окунанием детали в ванну с закалочной жидкостью. Для обеспечения равномерного нагрева при одновременном способе ТВЧ закалки детали типа шестерни, шаровые опоры и т.д. должны вращаться в индукторе в процессе нагрева. Для этих целей так же применяется закалочный станок.

При заказе оборудования необходимо направить в ООО НКВП «Петра» чертежи обрабатываемых деталей. На чертеже должны быть указаны – зона закалки и глубина закалённого слоя. По чертежам закаливаемых деталей специалисты НКВП «Петра» рекомендуют способ ТВЧ-закалки и тип оборудования из числа выпускаемого на предприятии ПЕТРА.

Объёмная закалка с применением индукционного нагрева.

Объёмная закалка с применением индукционного нагрева производится в индукционных соляных печах-ваннах. Индукционные печи-ванны позволяют быстро и равномерно нагреть изделие в расплаве солей до заданной температуры с высокой точностью. К основным преимуществам применения индукционного нагрева соляных печей-ванн взамен электродного нагрева относятся: быстрый запуск и выход на рабочий режим, отсутствие потерь холостого хода, отказ от ректификации расплава солей, отсутствие электродов снимает проблему их замены и снижает загрязнённость расплава солей окислами железа, быстрая замена футеровки, точная регулировка температуры расплава солей и отсутствие перепада температуры по глубине ванны, отсутствие разъедания, обезуглероживания и обезлегирования поверхности изделий.

Индукционные печи-ванны ёмкостью до 1,5 л поставляются в виде сменной насадки (индуктор специальной конструкции) к установкам индукционного нагрева ПЕТРА-0501. На ёмкости до 140 л изготавливаются индукционные печи-ванны ПЕТРА-ИВС.

Термообработка со сквозным индукционным нагревом.

В практике термообработки наряду с поверхностным нагревом используют сквозной индукционный нагрев токами высокой частоты. Возможности применения его довольно широкие, хотя он и обладает рядом недостатков по сравнению с поверхностным индукционным нагревом. Главными направлениями применения сквозного индукционного нагрева в сфере термообработки являются:

  • нагрев под закалку;
  • отпуск;
  • нормализация;
  • отжиг после холодной обработки (рекристаллизация);
  • отжиг перед горячей обработкой.

Одно из главных преимуществ индукционного метода – высокая скорость нагрева – при этом способе, впрочем, не используется в полной мере. Тем не менее, по сравнению с нагревом в печах и ваннах сквозной индукционный нагрев осуществляется в десятки раз быстрее. Для термообработки деталей с применением сквозного индукционного нагрева большое значение имеет обеспечение заданного перепада температур между поверхностью и центром заготовки. Для разных видов термообработки применяются различные критерии. Например, для термообработки, при которой производится интенсивное охлаждение сразу же после окончания нагрева (закалка) учитывается интервал температур, достигаемый на момент прекращения нагрева. При других видах термообработки за критерий сквозного индукционного нагрева обычно берётся перепад максимальных температур поверхности и центра изделия. Имеются ограничения по применению индукционного нагрева для термообработки деталей сложной формы, из сталей обладающих низким коэффициентом объёмного расширения и склонных к образованию трещин при быстром нагреве. Для достижения заданного перепада температур при термообработке применяются следующие способы индукционного нагрева:

  • обычный – с поддержанием постоянного напряжения на индукторе в процессе нагрева;
  • ускоренный – с поддержанием постоянной температуры на поверхности изделия;
  • ступенчатый – с чередованием нагрева с паузами.

Индукционная плавка металлов.

Индукционная плавка металлов имеет следующие основные преимущества:

  • перемешивание расплава под действием электромагнитного поля обеспечивает равномерный состав и температуру расплава;
  • малое выгорание легирующих элементов;
  • возможность ведения плавки при любом заданном температурном режиме;
  • возможность использования в качестве шихты стружки.

Благодаря своим преимуществам индукционная плавка нашла широкое применение в литейном производстве.

Для открытой плавки ООО НКВП «Петра» совместно с ООО «Содружество» выпускает индукционные плавильные установки:

  • серий ИСТ с ёмкостью тигля от 60 до 1000 кг для плавки чёрных и цветных металлов.
  • серии ИЦРТ (плавильный узел без переворота) с ёмкостью тигля до 750 кг (по меди) для плавки и выдерживания цветных металлов в технологии литья под давлением. Индукционные печи ИЦРТ заменяют печи сопротивления. Применение индукционного нагрева взамен радиационного нагрева позволяет:
  • быстро выводить печь на рабочую температуру;
  • исключает простои, связанные с перегоранием нагревательного элемента;
  • обеспечивает энергосбережение при одно- и двусменной работе.

Установки поставляются комплектно или «по узлам». При заказе комплектно необходимо указать: тип плавки (открытая или вакуумная), требуемый объём печи, какой металл требуется выплавлять, производительность или программу выпуска отливок. При заказе «по узлам» необходимо подробно описать существующее оборудование, сообщить параметры индуктора.

Преобразователи частоты ПЕТРА легко согласуются с индукционными печами других производителей и заменяют в составе индукционных плавильных установок другие преобразователи. Они применяются также в составе индукционных печей для вакуумной плавки типа УППФ-2М, ВИАМ-24, в спецпроцессах с печами ДРВ.

Индукционный нагрев металлов в кузнечном и штамповочном производстве.

При индукционном нагреве теплота от вихревых токов выделяется непосредственно в самой заготовке, в слое, толщина которого достигает 30-35% величины её радиуса. В этот слой может быть передана большая мощность (до 2 кВт на 1 кв. см. нагреваемой поверхности), что позволяет быстро нагреть заготовку. При непродолжительном нагреве резко снижается окисление и обезуглероживание поверхностного слоя, улучшается пластичность, увеличивается стойкость штампов, а следовательно, сокращаются расходы на их изготовление, достигается экономия металла, и повышается загрузка ковочного оборудования во времени.

Наиболее эффективно применение установок индукционного нагрева в цехах с небольшой номенклатурой заготовок, где требуется высокая производительность.

ООО НКВП «Петра» совместно с ООО «Содружество» выпускают следующее индукционное оборудование для кузнечно-штамповочного производства:

  • Секции единичной мощностью до 320 кВт для индукционного нагрева прутковых заготовок. Соединение секций в линию позволяет наращивать мощность и производительность с учётом требований техпроцесса.
  • Установка индукционного нагрева ПЕТРА-КИН – для полуавтоматического или автоматического нагрева мерных заготовок в штамповочном производстве.
  • Индукционная нагревательная установка ПЕТРА-ИНС предназначена для нагрева заготовок с ручной подачей в индуктор. Электробезопасность персонала обеспечивается изоляцией индуктора от сети с помощью разделительного трансформатора. Индукторы, входящие в состав установки – сменные, бетонированные, окно индуктора изготавливается под технологические требования заказчика.
  • Индукционные установки для полуавтоматического нагрева концов заготовок с механизмами дискового и роторного типа для подачи заготовок в индуктор.

При заказе индукционного оборудования ПЕТРА для штамповочного производства следует сообщить размеры заготовок, длину зоны нагрева и производительность по всем заготовкам, подлежащим нагреву.

ТВЧ-пайка инструмента.

Пайка при нагреве токами высокой частоты (ТВЧ-пайка) является наиболее распространённым видом пайки. По сравнению с другими видами пайки применение индукционного нагрева даёт следующие преимущества:

  • меньшее коробление изделия благодаря местному нагреву паяемого соединения;
  • возможность быстро нагревать паяемый материал и производить пайку глубинных швов за счёт выделения тепла непосредственно в самом изделии без передачи его извне.
  • высокая производительность процесса;
  • при необходимости процесс пайки легко автоматизируется;
  • улучшение условий труда.

Полупроводниковые установки ПЕТРА-0501 для ТВЧ-пайки имеют следующие преимущества перед ламповыми установками типа ЛЗ или ВЧГ:

  • Оснащены надёжным, доступным и недорогим силовым переключающим элементом – тиристором. В ламповых установках лампа имеет высокую стоимость и требует периодической замены из-за износа электродов.
  • Индуктор безопасен. Он изолирован от сети и заземлён.
  • Высокий КПД преобразователя.
  • Мгновенная готовность к работе. В ламповых установках требуется предварительный разогрев и запрещается отключение охлаждения сразу после выключения установки.
  • Малые габариты.
  • Удобно встраивается в технологический процесс.

При заказе установки ПЕТРА-0501 следует направить чертежи изделий подлежащих пайке, эскизы применявшихся ранее индукторов, сообщить производительность или месячную программу выпуска изделий.

Индукционный нагрев труб.

Индукционный нагрев труб и трубных заготовок применяется

  • для сушки и подогрева перед нанесением лакового, полимерного покрытия
  • для термообработки труб и сварных швов;
  • для гибки труб;
  • для редуцирования труб;
  • для производства цельнотянутых крутоизогнутых отводов;
  • для подогрева трубопроводов.

Индукционный нагрев с применением установок ПЕТРА имеет следующие основные преимущества перед пламенными или электропечными методами нагрева:

  • процесс сушки покрытия при индукционном нагреве идёт за счёт тепла, выделяемого в самой трубе, что повышает в 100 (!) раз скорость процесса сушки;
  • отсутствие обезуглероженного слоя на нагретом металле;
  • высокие скорости нагрева;
  • высокая надёжность, долговечность и ремонтопригодность;
  • малая тепловая инерционность и управляемость по одному параметру (напряжению на индукторе);
  • лучшие условия труда;
  • возможность встраивания в технологическую линию.

Для нагрева труб производятся установки ПЕТРА-ИНТ единичной мощностью до 500 кВт.

Производятся комплексы для изготовления цельнотянутых крутоизогнутых отводов диаметром от 45 до 630 мм.

При заказе установки индукционного нагрева ПЕТРА следует сообщить следующие данные: назначение технологии, сортамент труб или трубных заготовок, температура нагрева, скорость движения трубы.