Способ управления процессом индукционного нагрева

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 200278 (21) 2584571/22-02с присоединениеем заявки Йо(51)М. Кл. С 21 О 1/42 С 21 О 11/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения И.Л. щербакова, А.П. Лазарев и Л.А. Яковлев П )ДЯЯ1 71) Заявитель 54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВАИзобретение относится к методам автоматического управления процессами индукционного нагрева и может быть применено для регулирования 5 процесса высокочастотного нагрева, например при термообработке (закалке) или сварке.Известен способ, основанный на измерении характеристик электромагнит- Щ ного поля в системе индуктор-деталь и использовании в качестве полезного сигнала изменение зависящей от .температуры интенсивности рассеиваемого индуктором магнитного поля. Имеется ввиду увеличение рассеяния поляв системе индуктор-деталь при потере деталью вследствие нагревания магнитных свойств (11.Недостатком известного способа яв ляется то,что контроль температуры детали путем измерения зависящей от температуры части поля рассеяния индуктора обладает недостаточной точностью, связанной с тем, что обычно 25 само поле рассеяния индуктора невелико, так как КПД системыиндуктордеталь высок(эа счет эффекта близости). В тех процессах, где поле рассеяния имеет значимую величину, З 0 доля его изменения за счет изменения свойств вращающегося участка детали мала вследствие плохой связи индуктора с деталью. Когда нагреваемый участок детали в общей цепи тока в детали мал (процесс индукционной сварки), этот способ практически неприменим.Цель изобретения - повышение качества обрабатываемых изделий за счет увеличения точности повторения результатов 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 выпрямляют, сравнивают с опорным и величину разности между опорным и измереннымсигналом используют для управления индукционным нагревом, В качестве сигнала, пропорционального производной электромагнитного поля,рассеиваемого вихревыми токами, про.текающими в нагреваемом участке детали, используют величину ЭДС, на- .веденной на катушку, охватывающуюнггреваемую деталь в зоне нагрева.На чертеже приведена осциллограммаСпособ заключается в следующем.С помощью индикаторной катушкиизмеряют напряжение, пропорциональное производной потока, рассеиваемого нагреваемой частью детали, илиполе ее тока (датчиком Холла). Полученный сигнал выпрямляют и сравнивают с опорным (заранее заданным) напряжением. Величину разности между ойорнйм напряжением измеренного сигнала используют в качестве обратнойсвязи при регулировании степенинагрева.Протекающие по детали вихревыетоки рассеивают вблизи детали электромагнитное поле. Его.величина на"определбнном расстоянии от детализависит как от величины плотностивихревых токов в детали, так и от ихраспределения, т.е. как от подводимой энергии, так и от электромагнитных характеристик детали в зонепротекания тока ( р и ц ), которые, всвою очередь, зависятот температуры.Таким образом, величина и изменениеэлектромагнитного Ноля, рассеиваемо го током в нагреваемом участке детали, будут зависеть от темйературы " "в поверхностном слое детали и отмощности, передаваемой в деталь.ИндйКация велйчины и изменения этго поля, например при помощи ЭДС, наводимой на виток,охватывающий нагреваемый участок детали, позволяетоценить энергию, передаваемую в деталь в процессе нагрева и учестьизменение свойств детали от температуры. Указанная ЭДС пропорциональнапеременному магнитному потоку, прог ачрнизывающему деталь -Исполь. д 1,.зование этого сигнала позволит получить воспроизводимые результаты нагрева деталей.Кроме того, в случае нагрева ферромагнитныхдеталей, например под по"верхнботиую закалку; управлениеприпомощи предлагаемого способа позволяет расширить зону закалки сравнительно с ее глубиной за счет выравнивания скорости нагрева детали вышеи ниже точки Кюри путем измерения истабилизации сигнала, пропорционального величине электромагнитного полярассеиваемого нагреваемым участкомдеталй, При стабилизации величиныэлектромагнитного поля в детали (засчет увеличения энергии, отдаваемой.индуктором) скорость нагрева деталидо и после точки Кюри практйческипостоянна. На краях зойы, еще не по-терявЖЖ впроцессе-нагрева магнитных свойств, напряженность электрического поля возрастает за счет концентрации потока от "горячей" зоны,что приводит к быстрому Разогревуэтих крайних участков зоны нагрева(с холодной еще глубиной проникновения). Зона нагрева под закалку на поверхности детали становится шире,чем при использовании известных способов управления нагревом.П р и м е р. Производится нагревдо 1000 С средней части стальныхф деталей (марки ст. 45) диаметром .28 мм и длиной 120 мм в индукторе свнутренним диаметром 35 мм и высотой20 мм на частоте 8 кГц преобразователем мощностью 30 кВт. Внутри15 индктора, соосно с ним, устанавливают 2 охватывающие деталь индикаторные катушки - одна в средней частииндуктора, 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, аименно: напряжение на индукторе 1,напряжение на шинах генератора 2,ЭДС 3 катушки, охватывающей крайзоны нагрева детали, ЭДС на катушке,охватывающей деталь в средней части о- 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 неиз-менной. Ток индуктора 5 резко воз 40 растает, напряжение на индукторе 1возрастает незначительно. УвелииениеЭДС 3 по сравнению с ЭДС 4 обеспечивает усиление нагрева краев зоны ивыравнивание глубины слоя нагрева по45 ширине детали.После нагрева детали закалнваютсяи разрезаются. Производится замерзакаленной зоны. В результате замеров установлено, что отношение ширинй зоны закалки у поверхности деталик максимальной глубине зоны у дета-.лей, нагретых при стабилизации ЭДС 4,равно 4,0, в тб время как у деталей,нагретых по известному способу (пристабилизации 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 повторяемостьнагрева, так как контролируется непосредственно напряжение, наводимоев детали, и получить более плоскуюформу зоны нагрева для поВерхностнойзакалки, что имеет большое значениепри закалке одновитковым индукторном779413 формула изобретения Составитель Т. МоскаленкоТехред И. Асталош КорректорС. Щомак Редактор М. Ткач Заказ 7966/37 Тираж 608 Подписное ЭНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 эоны, ширина которой соизмерима свысотой 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества обрабатываемых иэделий за счет увеличения точности повторения результатов на грева и выравнивания скоростей нагрева ферромагнитных деталей ниже и выше точки магнитных превращений, и ,расширения технологических возможностей управления индукционным нагре О вом, измеряютсигнал, пропорциональ-ный величине или производной электромагнитного поля, рассеиваемого вихревыми токами, протекающими в нагреваемом участке детали, полученный сигнал выпрямляют, сравнивают с опорными величину разности между опорным иизмеренным сигналом используют дляуправления индукционным нагревом.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве сигнала, пропорционального производнойэлектромагнитного поля, рассеиваемоговихревыми токами, протекающими в нагреваемом участке детали, используютвеличину ЭДС, наведенной на катушку,охватывающую нагреваемую деталь взоне нагрева.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 176727, кл, 0 05 0,23/19, 1964.