Оборудование для индукционного нагрева металла

Обновлено: 03.05.2024

ИНДУКЦИOННAЯ УСТАНOВКA — это оборудование, необходимое для индукционного нагрева металлических изделий и деталей электрическим током, индуцируемым переменным магнитным полем. РОСИНДУКТОР — это установка индукционного нагрева от профессионалов. Здесь можно купить по хорошей цене установки для закалки, пайки и плавки. Каждая индукционная литейная установка собрана по схемам с использованием современных IGBT модулей. Специалисты нашей компании модернизируют индукционные установки, а так же их ремонт и обслуживание.

Установка индукционного нагрева

Установки индукционного нагрева делятся на транзисторные и тиристорные. Тиристорная индукционная установка нагрева имеет слишком узкий предел изменения генерируемой частоты. Транзисторные установки индукционного нагрева металла отличаются более высоким КПД, они не нуждаются в предварительном прогреве. Кроме того каждая установка нагрева имеет контроль и регулировку выходной частоты в большом диапазоне.

Установки индукционного нагрева (УИН) делятся на транзисторные и тиристорные. Тиристорная индукционная нагревательная установка имеет слишком узкий предел изменения генерируемой частоты. Транзисторные установки индукционного нагрева металла отличаются более высоким КПД, они не нуждаются в предварительном прогреве. Кроме того транзисторные ТВЧ генераторы подходят для контроля и регулировки выходной частоты в большом диапазоне.

Установки индукционного нагрева бывают следующих типов:

Среднечастотные индукционные установки, работающие в частотном диапазоне от 0,5 до 20 кГц и имеющие мощность от 15 до 500 кВт, идеально подходят для максимально глубокого прогрева металлических деталей. Глубина прогрева может достигать 10 мм. Этот вид установок применяется для горячей штамповки, плавки черных и цветных металлов и глубокой закалки металлов.
Высокочастотные индукционные установки осуществляют работу с частотой от 30 до 100 кГц. Глубина прогрева деталей в этих установках составляет всего 2-3 мм, благодаря чему они подходят для поверхностной закалки металлических изделий, восстановления деталей, сварки и наплавки деталей.
Кузнечные индукционные установки необходимы для эффективного нагрева металлических заготовок. Используемая температура колеблется от 500 до 1200 градусов в зависимости от вида металла и следующих за нагревом процессов. Так, перед горячей штамповкой алюминиевые заготовки необходимо нагреть до 500 градусов, а медные — до 700.
Индукционные плавильные установки необходимы для плавки цветных и черных металлов. Такие установки оборудуются индукционными печами, подходящими для обработки того или иного металла или сплава.

Индукционная литейная установка

Индукционные литейные установки рассчитаны для работы со сплавом неблагородных и благородных металлов. В таких установках используются печи с тиглями, наиболее подходящими для определенной шихты. Индукционные литейные печи обладают высокой производительностью и легко встраиваются в рабочий конвейер цеха.

Применение индукционных установок

Индукционные установки широко применяются в чугунном и сталелитейном производстве, а также в ювелирном и любом другом производстве, связанным с обработкой металла. Разные индукционные установки используются для поверхностной и глубокой закалки металлических деталей, наплавки, пайки, плавки, сварки металлов, гибки и предварительного нагрева металла, стерилизации медицинских инструментов, ювелирного производства.

Принцип работы индукционных установок

Принцип работы индукционных установок основан на нагреве металлических материалов электрическими токами, которые создаются переменным магнитным полем индуктора. Индуктор представляет собой несколько витков провода. При помощи генератора в индукторе создаются мощные токи, благодаря чему образуется магнитное поле, которое наводит вихревые токи в помещенной в центр индуктора заготовке. В результате происходит нагрев заготовки под действием закона Джоуля-Ленца. Интенсивность и глубина прогрева металлических деталей зависит от выбранной частоты.

Преимущества индукционных установок

Преимущества индукционных установок очевидны: высокий уровень КПД, высокая скорость прогрева или плавления электропроводящего материала, возможность проведения местного нагрева, отсутствие загрязнения материала продуктами горения, нагрев металлических деталей через стенки камеры, выполненной из материалов, не нагревающихся вследствие электромагнитного излучения, возможность автоматизации большинства процессов, происходящих в установке.

Нужна более подробная информация на индукционные установки?

Москва + 7 (499) 649-29-80
Санкт-Петербург + 7 (812) 426-33-17
Челябинск + 7 (351) 729-83-71

Индукционный нагрев в промышленности

Статья 1 Опубликована в журнале «Индустрия» №3 (85) /2014 г.

Использование индукционного нагрева
зависит только от вашего воображения.

Часто сталкиваясь с тем, что современными предприятиями руководят экономисты и управленцы по образованию, я ставлю перед собой цель рассказать простыми словами о применении индукционного нагрева в промышленности. За семь лет работы с индукционным промышленным оборудованием, у меня скопился большой объем информации по индукционному нагреву. Надеюсь, она будет полезна и руководителям и техническим специалистам.

Физика индукционного нагрева

Для понимания, что такое индукционный нагрев, придется немного рассказать о физике этого процесса. Любая индукционная установка представляет собой преобразователь промышленного электрического тока в ток более высокой частоты, главной особенностью этого преобразования является то, что индукционный нагрев металлов осуществляется только на резонансной частоте. Параметры резонанса в основном задаются индуктивностью и емкостью самой установки. Однако, к индукционным установкам подключают индукционные катушки, так называемые индукторы разной конструкции, которые имеют различную индуктивность. Да к тому же металлы в процессе нагрева меняют свои свойства. Вот и приходится индукционной установке постоянно подстраивать собственную резонансную частоту, что бы работать с максимальным КПД.

Ранее промышленность использовала ламповые и машинные преобразователи частоты, которые автоматически не могли подстраивать резонансную частоту генерации. Ее изменяли с помощью коммутации конденсаторных батарей, что было крайне неудобно. Современные индукционные генераторы оснащают ключевыми элементами на базе тиристоров и транзисторов. Транзисторные генераторы могут менять частоту резонанса в достаточно широких пределах, иногда в несколько раз. Что позволяет подключать к ним индукторы с различным количеством витков. Тиристорные генераторы так же могут подстраивать резонансную частоту в пределах нескольких десятков процентов.

Главной задачей индукционного нагревателя является создание в индукторе электрических токов высокой частоты и большой силы. В зависимости от поставленных задач и количества витков индуктора напряжение на индукторе может достигать 1500 вольт и токов в несколько сотен ампер при последовательном резонансе. Или 20-100 вольт при токах до 12.000 ампер при использовании понижающего трансформатора.

Понятно, что такие токи вызывают сильный нагрев электрических проводников, индукторов, полупроводниковых транзисторов и диодов, трансформаторов и конденсаторов самой установки. Именно поэтому большинство современных индукционных установок имеют водяное охлаждение. По сути это две взаимодействующие друг с другом системы, с одной стороны электрическая, а с другой сантехническая – водопроводная. И сбой в работе любой из этих систем приводит к выходу из строя индукционного оборудования в целом. Ремонт индукционных установок стоит недешево. Сборки транзисторов, так называемые IGBT модули, стоят до 10 тысяч рублей, а их иногда выгорает несколько. Выгорание обмоток высокочастотных трансформаторов требует ремонта стоимостью в десятки тысяч рублей. Могу дать совет, купите для своей индукционной установки мощный насос и хорошую систему охлаждения и будете избавлены от множества неприятностей в будущем.

После того, как генератор возбудил в индукторе электрический ток, который в свою очередь создал в нем магнитное поле высокой интенсивности, встает задача максимально передать эту энергию в нагреваемую металлическую деталь. Понятно, что чем ближе деталь располагается к виткам индуктора, тем большее количество энергии в нее попадет. Причем лучшими условиями для нагрева является расположение детали внутри индуктора. Магнитное поле индуктора возбуждает в любом металле вторичные вихревые токи, их еще называют токи Фуко, которые в свою очередь интенсивно нагревают поверхность токопроводящей детали. Глубина этого нагрева зависит от частоты генерации и, как правило, составляет от 0,1 мм до 10 мм. Металлы, обладающие ферромагнитными свойствами, в том числе железо и никель, нагреваются не только за счет токов Фуко, но и за счет перемагничивания ферромагнитных доменов. Однако по достижении температуры точки Кюри, примерно 760 градусов Цельсия, ферромагнитная составляющая индукционного нагрева исчезает и остается только нагрев за счет токов Фуко. Причем, интенсивность этого нагрева растет с ростом температуры, т.к. увеличивается омическое сопротивление металла.

Когда же необходим индукционный нагрев на глубины более 10 мм, например, объемный нагрев для горячей штамповки, дальнейший нагрев вглубь металла происходит только за счет теплопередачи. А это процесс достаточно медленный, например, для нагрева стальной заготовки диаметром 40 мм на частоте 6 кГц с разницей температуры по всему объему металла в 100 градусов Цельсия потребуется 58 секунд. Если же есть потребность нагревать большее количество заготовок, соответственно большее их количество должно нагреваться одновременно. Такое индукционное оборудование называется Индукционный кузнечный нагреватель, сокращенно ИКН.

Индукционный нагрев всегда значительно эффективнее и быстрее остальных видов нагрева за счет того, что максимальная температура создается не на поверхности детали, а на глубине проникновения электрического поля, в месте перехода индукционного нагрева в нагрев с помощью теплопередачи. А глубина проникновения электрического поля зависит от частоты генерации индукционной установки. И чем она ниже, тем глубже расположена эта граница, и тем интенсивнее идет прогрев вглубь металла. На современных среднечастотных транзисторных индукционных установках с частотой генерации 3-5 кГц (после прохождения точки Кюри) глубина горячего проникновения индукционного поля в металл достигает 10 мм.

Инструкция по эксплуатации индукционного оборудования обычно содержит десяток - другой страниц, а вот для того, что бы научиться делать хорошие индукторы, нужно изучить не одну книгу и приобрести практические навыки. Обычно через несколько лет после покупки предприятием индукционной установки, силами своих специалистов изготавливается несколько десятков различных по конструкции индукторов для решения различных задач индукционного нагрева. Компания «Мосиндуктор», которую я возглавляю, не только щедро делится со своими покупателями литературой по индукционной тематике, но и проводит единственные в РФ «Курсы повышения квалификации высокочастотников – термистов». На этих курсах одной из главных является тема изготовления индукторов для решения конкретных технологических задач и согласование их параметров с различными индукционными установками.

Как уже упоминалось, индуктор хорошо нагревает деталь тогда, когда она расположена внутри индуктора. Это происходит потому, что распределение электрического тока по сечению индуктора неоднородно. Высокочастотные токи в индукторе вытесняются магнитным полем на поверхность проводника, именно поэтому индукторы делают из медной трубки, с толщиной стенки 1-3 мм. При этом индуктор обязательно охлаждают водой, ведь токи в тысячи ампер, протекающие через него, вызывает интенсивный нагрев.

На распределение тока в индукторе влияет также эффект близости и производный от него кольцевой эффект. Именно они приводят к концентрации электрического тока на поверхностях индуктора обращенных друг к другу и внутри кольцевого индуктора. Поэтому бывает достаточно сложно эффективно нагреть внутренние отверстия и плоскости. Однако современные магнитодиэлектрики, так называемые «магнитные зеркала», отлично справляются с задачей по вытеснению электрического тока в индукторе на нужную сторону. И позволяют решать сложнейшие задачи индукционного нагрева высокоэффективно и на малых мощностях индукционных генераторов. Компания «Мосиндуктор» предлагает к поставке керамические магнитодиэлектрики под собственной маркой «Ферроксон».

Современные индукционные установки

В 2007 году мы предложили собственную классификацию современных индукционных транзисторных нагревателей, взамен устаревшей советской. Наша классификация прижилась и сейчас, ей пользуются десятки фирм поставщиков индукционного оборудования. Она достаточно простая первые 2-3 буквы обозначают частотный диапазон индукционной установки, а последующие цифры ее мощность.

Среднечастотные - СЧ с частотным диапазоном 5-20 кГц, Высокочастотные - ВЧ, с частотами 30-100 кГц, Сверхвысокочастотные – СВЧ с диапазоном частот 100-450 кГц. Однако если с частотным диапазоном все обычно бывает в порядке, то потребляемую мощность установки при покупке нужно проверять. Однажды мы давали экспертное заключение для арбитража на индукционную установку, мощность и соответственно стоимость которой, поставщик при продаже завысил в 2,5 раза.

Проверить реально потребляемую мощность индукционного оборудования достаточно просто. Измерьте токовыми клещами входной ток одной из трех фаз индукционной установки и разделите эту величину на полтора. Вы получите примерную потребляемую мощность индукционной установки. КПД транзисторных установок свыше 95%, а тиристорных около 92%, соответственно вы можете подсчитать выходную мощность преобразователя. Однако не стоит забывать, что в месте перехода индуктор – деталь теряется не менее 30% выходной мощности. Большая ее часть утилизируется в виде тепла водой из индуктора, а меньшая часть рассеется в пространстве в виде электромагнитного излучения.

Современные транзисторные ТВЧ установки имеют множество преимуществ. Малые габариты и вес, позволяют располагать их рядом с оборудованием последующего технологического цикла. Они экономят электроэнергию, являясь современным энергосберегающим оборудованием. Имеют пренебрежимо малую мощность холостого хода и не нуждаются в прогреве, могут работать непрерывно и даже круглосуточно. Быстро нагревают заготовки изнутри. Позволяют автоматизировать и роботизировать операции закалки и отпуска сложных деталей для автомобилестроения и станкостроения.

При пайке создают самое прочное из всех видов паяных соединений, за счет вибрации с частотой генерации флюса и припоя. Идут на замену электрическим и газовым печам, обеспечивают высокую эргономику рабочего места и комфортные условия труда. При соблюдении минимальных требований охраны труда безопасны для персонала. Низкая цена позволяет окупить индукционное оборудование всего за полгода. Имеют срок эксплуатации более 10 лет, при условии своевременного обслуживания. На них легко научиться работать, навыки можно получить всего за 10 минут.

Общие меры безопасности

Ремонт индукционных установок могут выполнять только специализированные сервисные центры и их специалисты на местах установки оборудования. Поэтому покупая оборудование, поинтересуйтесь есть ли такой сервисный центр у поставщика.

Подключение индукционных установок к сети промышленного тока выполняется электриками с соответствующей группой допуска. К работе на индукционных установках не допускаются люди с имплантированными кардиостимуляторами. К индукционным катушкам мощных кузнечных нагревателей нельзя приближаться с металлическими предметами в карманах, они могут нагреться и вызвать ожоги. Электромагнитные поля, излучаемые мощными индукторами, могут являться источником электрических наводок в соседних металлоконструкциях. Во избежание поражения электрическим током все рамы, транспортеры и подставки должны быть надежно заземлены.

Мощное электромагнитное поле является одним из факторов, вызывающим предрасположенность человека к онкологическим заболеваниям. По возможности сократите время пребывания в непосредственной близости с источником электромагнитного поля. Таким источником в первую очередь являются индукционные катушки мощных плавильных печей и индукционных кузнечных нагревателей. Сила воздействия электромагнитного поля напрямую связана с частотой излучения и его мощностью. Чем выше мощность и частота, тем опаснее излучение. Советую термистам и плавильщикам, работающим на ТВЧ установках, иногда менять свою профессию.

Своевременная очистка от цеховой пыли

Современные индукционные установки охлаждаются не только водой. Часть электронных компонентов охлаждается с помощь потока воздуха, создаваемым вентилятором – кулером. Цеховой воздух, как правило, содержит много пыли. Именно она затягивается вентилятором внутрь прибора и оседает на стенках, на сильноточной и слаботочной электронике. Техническая пыль электропроводна, особенно на высоких частотах. Если периодически раз в 3-4 месяца не очищать индукционную установку и высокочастотный трансформатор от пыли, можно гарантировать электрический пробой по пыли через 2-3 года работы.

Электрический пробой начинается по пыли на высоковольтной части прибора, мгновенно происходит ионизация воздуха и он становится электропроводным. В приборе образуется шар высокотемпературной плазмы, сжигающий не только электронику, но и медные шины в палец толщиной. Прожигается корпус, взрываются конденсаторы. После подобного пробоя требуется ремонт по стоимости соизмеримый с половиной стоимости самого прибора. Периодическая очистка от пыли – единственный способ поддержания многолетней работоспособности индукционного оборудования. Удаление пыли, совсем не сложная операция. Пыль следует удалять с помощью мягкой щетки пылесоса, а в труднодоступных местах, например с обмоток ВЧ трансформатора, с помощью продувки сухим сжатым воздухом.

Лучше всего полностью избавиться от пыли, скапливающейся внутри индукционной установки с помощью особой конструкции системы охлаждения. Мощные установки, выпускаемые по евростандарту, имеют пылезащищенные шкафы и встроенные системы водяного охлаждения внутреннего воздуха. Они состоят из радиатора, по которому циркулирует вода из системы водяного охлаждения установки и вентилятора, который обеспечивает циркуляцию охлажденного воздуха через радиатор и пространство шкафа с электронными компонентами. Напротив сильно греющихся конденсаторов устанавливают дополнительные вентиляторы - кулеры.

Конечно, выводы каждый сделает сам. Кто-то предпочтет недорогое индукционное оборудование и будет за ним периодически ухаживать. А кто-то купит надежное и дорогое оборудование. Дополнительные затраты сторицей окупятся многолетней эксплуатацией без разорительных ремонтов и дополнительных затрат на обслуживание.

Обращайтесь в компанию «Мосиндуктор», у нас есть оборудование на любой вкус и кошелек.

В следующей статье я расскажу вам об особенностях использования индукционных установок различного частотного диапазона и системах охлаждения для индукционного оборудования.

Анонс цикла статей «Индукционный нагрев в промышленности»

Будут рассмотрены следующие темы: физические основы индукционного нагрева металлов, техника безопасности и обслуживание индукционного оборудования, виды индукционных установок и особенности их применения, индукционные катушки – индукторы, магнитодиэлектрики – концентраторы магнитного поля, системы охлаждения индукционных установок. Закалочные станки и автоматические закалочные линии для массовой термообработки деталей в автомобилестроении.

Будет рассказано о способах использования индукционного нагрева для решения множества технологических задач современного производства.

В области термообработки, нормализации сварных швов, пайки, объемного нагрева для горячей штамповки, плавки, кристаллизационной вытяжки из расплава, термопосадки, горячего вальцевания, гибки, сварки металлов и пластмасс, производства прямошовных труб и отводов, выращивания кристаллов, нагрева газовых смесей, плавки образцов для рентгенографического анализа, подогрева труб и кабелей перед нанесением изоляции, сжигание геттера в вакуумных лампах, сжигания металлических плавней, поджигание самоспекающихся смесей, отделение металла от резины и много другого…

Индукционные нагреватели металла и другое оборудование от производителя

ПРОМИНДУКТОР – производственная компания, которая на базе собственных разработок выпускает индукционные нагреватели металла и другое оборудование. Ведущие инженеры трудятся в г. Чэнду (КНР, провинция Сычуань). Там же находится производственный комплекс.
Купить по выгодной цене оборудование от производителя – это не просто грамотное решение, а полная защита от рисков рекламаций, получения подделки. Потребители особо отмечают:
 высокое качество нашей продукции;
 конкурентные цены;
 квалифицированную помощь при выборе;
 возможность получить консультации специалиста в процессе эксплуатации;
 наличие технической поддержки клиентов в формате 24/7.
Большой склад готовой продукции позволяет обеспечивать быструю доставку индукционных нагревателей транспортными кампаниями по России и в страны СНГ. Предоставляем гарантийное обслуживание.
 У нас покупают индукционные нагреватели металла под разные задачи. Достаточно широкий ассортимент позволяет подобрать модели по частоте, мощности, другим параметрам.
 Помимо готовых решений предлагаем заказать разработку и изготовление индукционного оборудования под индивидуальные требования, а также комплексных решений.
По запросу предоставим необходимую информацию, ответим на интересующие вас вопросы, вышлем печатные материалы, привлечем и организуем встречи с техническими и коммерческими специалистами.
Сотрудничество с ПРОМИНДУКТОР – надежно, выгодно и перспективно!

Ведущие характеристики продукции

 Технология. Она разработана в нашем конструкторско-проектном бюро и постоянно модернизируется собственными сотрудниками компании. Учитываются также последние и перспективные мировые открытия, совершенные в профильной сфере.
 Производство полного цикла. Ведущие специалисты компании, принимают непосредственное участие в модернизации технологии, производственном процессе, ведут постоянный контроль качества.
 Широкий ассортимент моделей. Предприятие предлагает индукционные нагреватели для кузнечного нагрева, закалки, штамповки, плавки, нагрева текучих сред, термообработки сварных соединений и других целей.
 Сертификация. Все изделия проходят необходимые тестирования, получают сертификаты соответствия РФ. Производства имеют сертификат IS09001:2008.
 Надежность и долговечность. Сотни клиентов от Калининграда до Камчатки бесперебойно и с полной нагрузкой эксплуатируют наше оборудование с 1993 года.
 Комплектующие от лидеров рынка. Все необходимое для производства индукционных нагревателей металла и другого оборудования получаем по договору с ведущими брендами. Каждая партия проходит проверку на качество.
 Конкурентные цены. Сверхприбыль нас не интересует. Мы устанавливаем минимально возможные цены. Их нельзя назвать низкими, но они полностью соответствуют тому уровню качества и тем характеристикам, которые мы заявляем как производители. Держим марку!

Индукционный нагрев, основные принципы и технологии.

Индукционный нагрев (Induction Heating) — метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты (англ. RFH — radio-frequency heating, нагрев волнами радиочастотного диапазона) электропроводящих материалов.

Индукционный нагрев - это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно - это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля). Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла (см. закон Джоуля-Ленца).

Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Δ плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.

Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри μ имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электролиты, электропроводящая керамика и т. д.) μ примерно равна единице.

Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.

Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

Применение:
Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.
Получение опытных образцов сплавов.
Гибка и термообработка деталей машин.
Ювелирное дело.
Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.
Поверхностная закалка.
Закалка и термообработка деталей сложной формы.
Обеззараживание медицинского инструмента.

Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.

Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме.

Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева — эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал — металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т. п.

За счёт возникающих МГД усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе — так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле).

Поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.

Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.

Индуктор можно изготовить особой формы — это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.

Легко провести местный и избирательный нагрев.

Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более мягко за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остаётся вязкой).

Лёгкая автоматизация оборудования — циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съём заготовок.

Установки индукционного нагрева:

На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.

Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.

Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью слишком хорошо «накачивается» энергией, образует короткое замыкание по индуктору и выводит из строя задающий генератор). Для повышения добротности колебательного контура используют два пути:
- повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки;
- применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.

Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В. П. Вологдина) или искровые разрядные установки.

Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока.

Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.

Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.

На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.

Недостатки трёх точки:

Низкий кпд (менее 40 % при применении лампы).

Сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (≈700С) (изменяется μ), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являются фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам.

При смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя.

При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.

Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.

Недостаток многоконтурных систем — повышенная сложность и возникновение паразитных колебаний УКВ-диапазона, которые бесполезно рассеивают мощность и выводят из строя элементы установки. Также такие установки склонны к затягиванию колебаний — самопроизвольному переходу генератора с одной из резонансных частот на другую.

Современные твч-генераторы — это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать

а) постоянную частоту
б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке
в) максимально высокий КПД.

Например, при нагреве магнитного материала выше точки Кюри толщина скин-слоя резко увеличивается, плотность тока падает, и заготовка начинает греться хуже. Также пропадают магнитные свойства материала и прекращается процесс перемагничивания - заготовка начинает греться хуже, сопротивление нагрузки скачкообразно уменьшается - это может привести к "разносу" генератора и выходу его из строя. Система управления отслеживает переход через точку Кюри и автоматически повышает частоту при скачкообразном уменьшении нагрузки (либо уменьшает мощность).

Индуктор по возможности необходимо располагать как можно ближе к заготовке. Это не только увеличивает плотность электромагнитного поля вблизи заготовки (пропорционально квадрату расстояния), но и увеличивает коэффициент мощности Cos(φ).

Увеличение частоты резко уменьшает коэффициент мощности (пропорционально кубу частоты).

При нагреве магнитных материалов дополнительное тепло также выделяется за счет перемагничивания, их нагрев до точки Кюри идет намного эффективнее.

При расчёте индуктора необходимо учитывать индуктивность подводящих к индуктору шин, которая может быть намного больше индуктивности самого индуктора (если индуктор выполнен в виде одного витка небольшого диаметра или даже части витка — дуги).

Имеются два случая резонанса в колебательных контурах: резонанс напряжений и резонанс токов.
Параллельный колебательный контур – резонанс токов.
В этом случае на катушке и на конденсаторе напряжение такое же, как у генератора. При резонансе, сопротивление контура между точками разветвления становится максимальным, а ток (I общ) через сопротивление нагрузки Rн будет минимальным (ток внутри контура I-1л и I-2с больше чем ток генератора).

В идеальном случае полное сопротивление контура равно бесконечности - схема не потребляет тока от источника. При изменение частоты генератора в любую сторону от резонансной частоты полное сопротивление контура уменьшается и линейный ток (I общ) возрастает.

Последовательный колебательный контур – резонанс напряжений.

Главной чертой последовательного резонансного контура является то, что его полное сопротивление минимально при резонансе. (ZL + ZC – минимум). При настройке частоты на величину, превышающую или лежащую ниже резонансной частоты, полное сопротивление возрастает.
Вывод:
В параллельном контуре при резонансе ток через выводы контура равен 0, а напряжение максимально.
В последовательном контуре наоборот - напряжение стремится к нулю, а ток максимален.

Индукционный нагреватель

В продажу запущена новая линейка индукционных нагревателей (6-го поколения). Обновлениям подвергся весь модельный ряд SWP:

- среднечастотные индукционные нагреватели (СЧ) с рабочей частототй 6-10 кГц;
- высокочастотные индукционные нагреватели (ВЧ) с рабочей частотой 15-30, 30-60 или 50-120 кГц.

Среднечастотные индукционные нагреватели предназначены для плавки металла и кузнечного нагрева заготовок, начиная от диаметра 50 мм. Низкая частота позволяет равномерно прогреть заготовку на весь объем.

Высокочастотные индукционные нагреватели позволяют выполнять операции по индукционной пайке, индукционному (кузнечному) сквозному прогреву заготовок и производить закалку деталей на глубину 3-5 мм (при наличии специального закалочного трансформатора). ВЧ-установки наиболее часто применяются в сканирующей закалке и позволяют добиться закалочного слоя толщиной в 1-2 мм. Также высокочастотными индукционными установками может осуществляться пайка или распайка твердосплавов.

В линейке индукционный нагревателей SWP произведен переход на новые современные четырехслойные платы управления. Установки ТВЧ известны своей чувствительностью к условиям экспдуатации и требуют определенного опыта работы. Новая плата нивелирует ошибки, которые могут быть допущены при работе с установкой. Она контролирует все рабочие параметры, включая входное напряжение/ток, температуру охлаждающей жидкости и короткое замыкание на индукторе, что позволяет вовремя отключить установку, не допуская выгорания внутренней электроники. Также применены новые IGBT-модули серии KT.

Обновлённые индукционные нагреватели уже доступны к заказу.

ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ — это электрический нагреватель, работающий при изменении потока магнитной индукции в замкнутом проводящем контуре. Это явление носит название электромагнитной индукции. Хотите знать, как работает индукционный нагреватель? ZAVOD RR – это торговый информационный портал, где Вы найдете информацию про нагреватели.

Содержание

Вихревые индукционные нагреватели

Индукционная катушка способна разогреть любой металл, собираются нагреватели на транзисторах и имеют высокий КПД более 95%, они давно заменили ламповые индукционные нагреватели, у которых КПД не выходил за 60%.

Вихревой индукционный нагреватель для бесконтактного нагрева не имеет потерь на настройку резонансного совпадения рабочих параметров установки с параметрами выходного колебательного контура. Нагреватели вихревого типа собранные на транзисторах умеют отлично анализировать и подстраивать выходную частоту в автоматическом режиме.

Индукционные нагреватели металла

Нагреватели для индукционного нагрева металла обладают бесконтактным способом за счет действия вихревого поля. Разные типы нагревателей проникают в металл на определенную глубину от 0,1 до 10 см в зависимости от выбранной частоты:

высокая частота;
средняя частота;
сверхвысокая частота.

Индукционные нагреватели металла позволяют обрабатывать детали не только на открытых площадках, но и размещать нагреваемые объекты в изолированных камерах, в которых можно создать любую среду, а также вакуум.

Электрический индукционный нагреватель

Высокочастотный электрический индукционный нагреватель с каждым днем обретает новые способы применения. Нагреватель работает на переменном электрическом токе. Чаще всего индукционные электронагреватели применяются для доведения металлов до необходимых температур при следующих операциях: ковка, пайка, сварка, гибка, закалка и т.п. Электрические индукционные нагреватели, работают на высокой частоте 30-100 кГц и используются для нагрева различных типов сред и теплоносителей.

Электрический нагреватель применяется во многих областях:

металлургической (ТВЧ нагреватели, индукционные печи);
приборостроения (пайка элементов);
медицинской (производство и обеззараживание инструмента);
ювелирной (изготовление ювелирных изделий);
жилищно-коммунальной (индукционные котлы отопления);
питание (индукционные паровые котлы).

Среднечастотные индукционные нагреватели

Когда требуется более глубокий прогрев, применяют индукционные нагреватели среднечастотного типа, работающие средних частотах от 1 до 20 кГц. Компактный индуктор для всех типов нагревателей бывает самой разной формы, которая подбирается так, чтобы обеспечить равномерный нагрев образцов самой разнообразной формы, при этом можно осуществить и заданный локальный нагрев. Среднечастотный тип обработает материалы для ковки и закалки, а так же сквозного нагрева под штамповку.

Легкие в управлении, с КПД до 100%, индукционные среднечастотные нагреватели, применяются для большого круга технологий в металлургии (также и для плавки различных металлов), машиностроении, приборостроении и других областях.

Применение:

машиностроительная отрасль
металлообрабатывающая отрасль
плавка черных и цветных металлов
глубокий нагрев заготовок
горячая штамповка
закалка металлов на максимальную глубину
закалка крановых колес.

Высокочастотные индукционные нагреватели

Самая широкая область применения у индукционных нагревателей высокочастотного типа. Нагреватели характеризуются высокой частотой 30-100 кГц и широким диапазоном мощностей 15-160 кВт. Высокочастотный тип обеспечивают небольшой по глубине нагрев, однако этого достаточно, чтобы улучшить химические свойства металла.

Высокочастотные индукционные нагреватели легки в управлении и экономичны, и при этом их КПД может достигать 95%. Все типы работают непрерывно продолжительное время, а двухблочный вариант (когда трансформатор высокой частоты вынесен в отдельный блок) допускает круглосуточную работу. Нагреватель имеет 28 типов защит, каждая из которых отвечает за свою функцию. Пример: контроль напора воды в системе охлаждения.

поверхностной закалки шестерни
закалка валов
закалка крановых колес
нагрев деталей перед изгибом
пайка резцов, фрез, буровой коронки
нагрев заготовки при горячей штамповке
высадка болтов
сварка и наплавки металлов
восстановление деталей.

Сверхвысокочастотные индукционные нагреватели

Индукционные нагреватели сверхвысокочастотного типа работают на сверх частоте (100-1,5 МГц), и проникают на глубину прогрева (до 1 мм). Сверхвысокочастотный тип незаменим для обработки тонких, мелких, с малым диаметром деталей. Использование таких нагревателей позволяет избежать сопутствующих нагреву нежелательных деформаций.

Сверхвысокочастотные индукционные нагреватели на JGBT-модулях и MOSFET-транзисторах имеют пределы мощности — 3,5-500 кВт. Применяются в электронике, в производстве высокоточных инструментов, часов, ювелирных изделий, для производства проволоки и для других целей, предусматривающих особую точность и филигранность.

электронная промышленность
производство проволокию
отжиг проволочного сырьяю
пайка твердосплавных зубьевю
сварка оправ для стеклянных очков сварка ювелирных изделий и часов электронная промышленностью
нагрев очень тонких проводов
нагрев мелкого электронного оборудования
инструментальное производство закалка
отпуск тонких металлических деталей.

Кузнечные индукционные нагреватели

Основное назначение индукционных нагревателей кузнечного типа (ИКН) — подогрев деталей или их частей, предшествующий последующей ковке. Заготовки могут быть самого разного типа, сплава и формы. Индукционные кузнечные нагреватели позволяют обрабатывать цилиндрические заготовки любым диаметром в автоматическом режиме:

экономичны, так как тратят на нагрев всего несколько секунд и имеют высокий КПД до 95%;
просты в использовании, позволяют осуществлять: полный контроль процесса, полуавтоматическую загрузку-выгрузку. Есть варианты с полной автоматикой;
надежны и могут работать непрерывно долгое время.

нагрев металлических заготовок
нагрев круглых заготовок
горячая штамповка, гибка, ковка и высадка
нагрев магнитных и немагнитных металлических заготовок, как цветных металлов (медь, алюминии), так и черных металлов (стали нержавеющие и легированные), а так же чугуна.

Индукционные нагреватели валов

Индукционные нагреватели для закалки валов работают совместно с закалочным комплексом. Обрабатываемая деталь находится в вертикальном положении и вращается внутри неподвижного индуктора. Нагреватель позволяет использовать все типы валов для последовательного локального нагрева, глубина закалки может составлять доли миллиметров по глубине.

В результате индукционного нагрева вала по всей длине с мгновенным охлаждением, многократно повышается его прочность и стойкость.

закалка валов, осей и пальцев;
закалка шестеренок, зубчатых колес и венцов;
закалка ТВЧ зубьев или впадин
щелей и внутренних частей деталей
крановых колес и шкивов

Наиболее часто высокочастотную закалку применяют для деталей, которые состоят из углеродистой стали.

Индукционные нагреватели труб

Все типы труб можно обрабатывать индукционными нагревателями. Нагреватель для труб может быть с воздушным или водяным типом охлаждения, мощностью от 10-250 кВт, со следующими параметрами:

Индукционный нагрев трубы с воздушным охлаждением производится при помощи гибкого индуктора и термического одеяла. Температура нагрева до температуры 400 °C, и использовать трубы диаметром 20 - 1250 мм с любой толщиной стенки.
Индукционный нагрев трубы с водяным охлаждением имеет температуру нагрева 1600 °C и используется для “гибки” трубы диаметром 20 - 1250 мм.

Каждый вариант термообработки применяется для улучшения качества любых стальных труб.

предварительный нагрев труб перед сваркой;
термообработка сварных швов трубопроводов;
термообработка металлических емкостей
подогрев нефтепродуктов

Пирометр для контроля нагрева

Один из важнейших параметров работы индукционных нагревателей — температура. Для более тщательного контроля за ней, помимо встроенных датчиков, часто применяются инфракрасные пирометры. Эти оптические приборы позволяют быстро и без труда определить температуру труднодоступных (из-за высокого нагрева, вероятности воздействия электричества и т.п.) поверхностей.

Если подсоединить пирометр к индукционному нагревателю, можно не только отслеживать температурный режим, но и автоматически поддерживать температуру нагрева в течение заданного времени.

индукционные нагреватели;
плавильные печи;
контроль температуры;
нагрев в заданный промежуток времени

Принцип работы индукционных нагревателей

В индукторе во время работы образуется магнитное поле, в которое помещается деталь. В зависимости от поставленной задачи (глубина нагрева) и детали (состав) выбирается частота, она может быть от 0.5 до 700 кГц.

Принцип работы нагревателя по законам физики гласит: при нахождении проводника в переменном электромагнитном поле, в нем образуется ЭДС (электродвижущая сила). График амплитуды показывает, что она движется пропорционально изменения скорости магнитного потока. Благодаря этому в контуре образуются вихревые токи, величина которых зависит от сопротивления (материала) проводника. По закону Джоуля-Ленца ток приводит к нагреву проводника, у которого имеется сопротивление.

Принцип действия всех типов индукционных нагревателей похож на трансформатор. Токопроводящая заготовка, которая располагается в индукторе, подобна трансформатору (без магнитопровода). Первичная обмотка – это индуктор, вторичная индуктивность детали, а нагрузка это сопротивление металла. При ТВЧ нагреве образуется «скин-эффект», вихревые токи которые образуются внутри заготовки, вытесняют основной ток на поверхность проводника, ведь нагрев металла на поверхности сильнее, чем внутри.

Преимущества индукционных нагревателей

Индукционный нагреватель обладает несомненными преимуществами и является лидером среди всех типов приборов. Это преимущество складывается в следующим:

Он потребляет меньше электроэнергии и не загрязняет окружающее пространство.
Удобный в управлении, он обеспечивает высокое качество работы и позволяет контролировать процесс.
Нагревание через стенки камеры обеспечивает особую чистоту и возможность получить сверхчистые сплавы, при этом плавку можно производить в разной атмосфере, в том числе в инертных газах и в вакууме.
С его помощью возможен равномерный нагрев деталей любой формы или избирательный нагрев
Наконец, индукционные нагреватели универсальны, что позволяет их использовать повсеместно, вытесняя устаревшие энергозатратные и неэффективные установки.

Ремонт индукционных нагревателей

Ремонт индукционных нагревателей производится из запасных частей с нашего склада. На данный момент можем отремонтировать все типы нагревателей. Индукционные нагреватели достаточно надежны, если строго следовать инструкциям по эксплуатации и не допускать запредельных режимов работы — в первую очередь следить за температурой и правильным водяным охлаждением.

Тонкости эксплуатации всех типов индукционных нагревателей зачастую не полностью публикуются в документации производителей, их ремонтом должны заниматься квалифицированные специалисты, хорошо знакомые с подробным принципом работы подобной аппаратуры.

Видео работы индукционных среднечастотных нагревателей

Вы можете ознакомиться с видео работы среднечастотного индукционного нагревателя.. Средняя частота используется для глубокого проникновения во все типы металлических изделий. Среднечастотный нагреватель - это надежное и современное оборудование, которое работает круглые сутки на благо вашего предприятия.

Читайте также: