Способ нагрева металлических изделий из листового материала переменной толщины

(5)М. Кл,Н 05 В 6/02Н 05 В 11/ОО с присоединением заявки Я -. Раудвротвеииый комитет СССР де делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ НАГРЕВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙИЗ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА ПЕРЕМЕННОЙТОЛЩИНЫ 1Изобретение относится к электро- термии, в частности к индукционному нагреву, и предназначено для объемного нагрева тел (деталей, заготовок) сложной конфигурации и переменной толщины из листового электропроводящего материала, например под термообработку или пластическую деформацию.Известен способ двухстадийного нагрева, сочетающий индукционный нагрев тела на первой стадии с радиационным - на второй, При этом длительность стадий во времени. вьтбирают равной, а интенсивность радиационного потока на второй стадии выби- рают из условия компенсации тепловых потерь с поверхности нагретого на перпервой стадии тела, что позволяет рассматривать известный способ на 20 грева, как чисто индукционный, так как 95-983 энергии в тело передается на первом этапе электромагнитным полем Г 11. К недостаткам известного способа относятся невозможность равномерного нагрева тел сложной конфигурации и переменной толщины, так как при индукционном нагреве усредненная по .толщине тела объемная плотность энергии, передаваемой в тело в процессе нагрева, обратно пропорциональна толщине тела в рассматриваемой точке.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ нагрева металлических изделий, при котором на изделие одновременно воздействуют электромагнитным полем и радиационным тепловым потоком заданной интенсивности, при этом напряженность радиационного потока поддерживают постоянными 23.Недостатком известного способа в случае использования его для нагрева тел сложной конфигурации и переменной толщины из листового электропроводящего материала (толщиной не превышающей 15 мм), является невозможностьих равномерного нагрева по всему объ"ему, так как энергия, передаваемаяв тело в процессе нагрева, оказывается.непропорциональной его толщинев любой рассматриваемой точке. Этопроисходит потому, что на всем протяжении нагрева энергия в тело в основном, передается индукционным способом удельная мощность составляетО -1 О Вт/м ), характерной особен6 Фностью которого является независимость удельной мощности, передаваемой в тело, от его толщины. Поскольку энергия, передаваемая в тело радиационным потоком, значительно меньшеинтенсивность радиационного потокапоглощаемого телом в начале нагрева,достигает 0,8,10 -2,5.10 Вт/м) инепрерывно уменьшается по мере ростатемпературы тела, компенсировать неравномерность нагрева по объему тела,обусловленную воздействием электромагнитного поля, с помощью радиационного потока невозможно,Цель изобретения - повышение равномерности нагрева изделий,Поставленная цель достигается. тем,что согласно способу нагрева изделий,интенсивность радиационного тепловогопотока поддерживают равной 2,4 1 О -4,6 1 О Вм/м , а значение частотыэлектромагнитного поля в начальныйпериод нагрева, равный 1 О-ЗОЖ от общего времени нагрева, выбирают изусловия его проникновения на глубину0,25-0,3 минимальной толщины изделия, а затем частоту понижают дозначения, при котором глубина егопроникновения больше или равна макси"малиной толщине изделия.На Фиг. 1 изображено изменение40удельной мощности, передаваемой в нагреваемое тело в процессе нагревана Фиг. 2 - изменение температурынагрева детали в процессе нагрева,Процесс нагрева тел сложной конФигурации и переменной толщинь из листового электропроводного материалазаюпючается в следующем.Подлежащее нагреву тело помещают в область пространства, где одно-,временно существуют радиационный поток интенсивностью 2,410 "4,610 Вт/м5 9 йи электромагнитное поле, напряженностькоторого обеспечивает передачу в те 6ло удельной мощности порядка 10 -551 О Вт/м и частота которого выбранаиз условия, что глубина его проникновения в материал тела более чем в 2,5-3,0 раза меньше его минимальной толшины.Б начальный период 1 процесс нагрева, в основном, осуществляется электромагнитным полем. Удельная мощность 2, передаваемая в тело электромагнитным полем в период 1, превосходит удельную мощность 3 и 4, передаваемую в тело радиационным потоком, в 5-О раз. Усредненная по толщине тела объемная плотность энергии, передаваемой в него электромагнитным полем и радиационным потоком, в этот период обратно пропорциональна толщине тела в рассматриваемой точке его поверхности.Таким образом, различные элементы объема тела получают в начальный период нагрева различную энергию и нагреваются до различной температуры температура 5 - для более тонких участков тела, температура 6 - пля более толстых участков тела). Неравномерность роста температуры различных участков тела, отличающихся по толщине, по сравнению с чисто индукционным способом нагрева, несколько выравнивается тем, что результирующий поток радиации на поверхности тела, при заданной интенсивности падающего радиационного потока 7, зависит от температуры нагрева тела и падает по мере нагрева последнего, т,е. участки тела меньшей толщины, нагревающиеся быстрее и до более высокой температуры 5, получают меньше радиационной энергии 4, участки тела большей толщины, нагревающиеся медленнее и до меньшей температуры 6, получают больше радиационной энергии 3, В обшей сложности за начальный период нагрева в тело передается 60-707. энергии, необходимой для нагрева тела до конечной температуры 8.По истечении времени начального периода нагрева, оставляя неизменной :интенсивность падающего радиационного потока 7, изменяют частоту электромагнитного поля, при этом глубина, его проникновения в материал тела становится равной или превышает максимальную толщину тела. Изменение частоты электромагнитного поля приводит к тому, что вопервых, удельная мощность, передаваемая электромагнитным нолем в тело, в заключительный период 9 нагрева падает до 15-207, от своей перво892746 4пературу порядка 730 С, тонкие960 С, Заключительный период нагрева осуществляется на частоте 1000 Гц.По окончании разброс температуры наповерхности пластины не превышает15-25 С, что соответствует техническим требованиям к нагреву под пластическую деформацию.Предлагаемый способ нагрева позво 6 ляет осуществить скоростной по сравнению с печным нагрев заготовок и деталей произвольной сложной конфигурации и переменной толщины (1-15 мм),изготовленных из диа- и ферромагнитИ ных листовых материалов под термообработку и пластическую деформацию,что позволяет повысить производительность труда, снижает короблениедеталей, а также исключает образова 26 ние обезуглероженного слоя на поверхности деталей и заготовок и окалинообразование,начальной величины и становится сравнимой с интенсивностью результирующе,го радиационного потока на поверх"ности нагреваемого тела, Во-вторых,усредненная по толщине тела энергия,йередаваемая через различные участки его поверхности электромагнитнымполем, в заключительный период 9 нагрева пропорциональна толщине телана этих участках. Это приводит к тому, что в утолщенные участки тела,имеющие более низкую температуру 6,передается больше энергии 1 О, чемэнергии 11 в более тонкие участки,имеющие более высокую температуру5. Дополнительный подогрев участковтела с более низкой температурой 6(утолщенных учдстков) осуществляетсярадиационным потоком 12, при этомего интенсивность превышает интенсивность радиационного потока 13,поглощаемого участками тела, нагретыми до более высокой температуры5 (более тонкими участками). Та"ким образом, в заключительный период 2 З9 нагрева в более толстые и менее нагретые участки тела передается большая энергия, в менее толстые и болеенагретые - меньшая энергия. Подоб"ное распределение энергии приводит , 10к выравниванию температуры 14 повсему объему тела. Выравниваниетемпературы в заключительный период9 нагрева происходит тем быстрее,чем больше напряженность электро.магнитного поля.П р и м е р 1. Нагреву подвеРгают пластину из нержавеющей стали переменной толщины. Минимальная толщина пластины составляет 10 мм, максимальная - 15 мм. Для нагрева используют многовитковый овальный индуктор.В качестве источника радиационногопотока используют экран из жаропрочной стали, нагретой до 1400 С. Общееовремя нагрева пластины до 1250 С составляет 32 с, а начальный период нагрева равен 6 с (20 ) и осуществляется на частоте 10000 Гц.Удельная мощность, передаваемаяв пластин элект омагнитным полем Формула изобретения Способ нагрева металлических изделий из листового материала переменной толщины, при котором на изделие одновременно воздействуют электромагнитным полем и радиационным тепловым потоком заданной интенсивности, при этом напряженность электромагнитного поля и интенсивность радиационного потока поддерживают постоянными, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения равномерности нагрева изделий, интенсивность радиационного теплового потока поддерживают равной 2,410 -4,6 10 Бт/м,5 5 й а значение частоты электромагнитного поля в начальный период нагрева, равный 1 Оот общего времени нагрева, выбирают из условия его проникновения на глубину 0,25-0,3 минимальной толщины изделия, а затем частоту понижают до значения, при котором глубина его проникновения больше или равна максимальной толщине иэделия. У р1составляет около 9 10 Вт/ьР, интен- Источники информации,сивность радиационного потока, под- принятые во внимание при экспертизесчитанная по температуре нагрева 1. Патент США Ч,экрана, составляет 4,6 10 Вт/м . кл. Н 05 В 5/00, 1972.В конце начального периода нагрева 2. Авторское свидетельство СССРутолщенные места пластины имеют тем- У 688999, кл. Н 05 В 5/18, 1977.Корректор В6 одннсное 11287/87 Тираж 892ВНИИПИ Государственного копо делам изобретений и о113 Я 35 Москвф 1 Я-ЗД РащуФилиал ЙПП. Патент , г. Ужгород тета ССрытий тнея Составитель О. ЩедраРеактор Н. Волкова Теще Т, МаточкаЗаказ утяга