Режимы индукционного нагрева заготовок

---

При нагреве под ковку всегда необходим быстрый, но равномерный нагрев заготовок по всему сечению. Поскольку при индукционном нагреве теплота в заготовке выделяется в поверхностном слое, а остальная ее часть нагревается за счет теплопроводности, то равномерное распределение температуры по сечению можно достигнуть для данной частоты тока только при определенной продолжительности нагрева.

Кривые возрастания температуры заготовок на поверхности Т₀ и в центре Т_ц в зависимости от продолжитель­ности нагрева. характерны для так называемого обычного нагрева. При этом режиме нагрева температура поверхности возрастает медленно, достигая заданного значения в конце его. Вначале температура в центре заготовки значительно ниже, чем на поверх­ности, и только к концу нагрева она выравнивается.

Между температурами на поверхности заготовки и в центре ее к концу нагрева существует перепад ΔТ. Общая продолжи­тельность нагрева в значительной степени зависит от этого пере­пада, который обычно задается. После окончания нагрева перепад уменьшается, температура по сечению выравнивается. Выравни­вание происходит очень быстро, и, как правило, это происходит в течение времени, которое затрачивается на транспортировку нагретой заготовки от нагревателя до ковочного агрегата.

Кривые А характерны для ускоренного нагрева. При этом режиме нагрева температура поверхности быстро достигает ко­нечного значения и в дальнейшем поддерживается на этом уровне. В начале нагрева температура в центре заготовки значительно ниже температуры ее поверхности. Создается большой перепад, за счет которого теплота от поверхности быстро проникает к центру. Общая продолжительность нагрева при этом сокращается при­мерно в 2,5-3 раза.

На практике применяют оба режима нагрева, однако пред­почтение отдают обычному нагреву. Обычный режим нагрева (кривые Б) происходит при удельной мощности, близкой к по­стоянной, в индукторах, витки которых равномерно распределены по всей длине. Конструкция индуктора проста. Один и тот же индуктор можно использовать для нагрева заготовок, близких по диаметру, но самых разнообразных по длине. Это и составляет главное преимущество обычного режима нагрева.

Для ускоренного нагрева обязательна непостоянная удельная мощность, передаваемая в заготовку в течение цикла нагрева. Для мерных заготовок режим ускоренного нагрева осуществляется в индукторах с неравномерной плотностью витков по длине (количество витков на единицу длины).

В начале нагрева заготовка должна попасть в первую зону индуктора с большой плотностью витков, чтобы мощность, пере­даваемая заготовке, была достаточна для быстрого нагрева ее поверхности до конечной температуры.

Во второй зоне удельная мощность, а следовательно, и плот­ность витков индуктора резко снижаются до уровня, достаточного для поддержания температуры на поверхности, которая снижается из-за утечки теплоты внутрь заготовки. В отдельных случаях для осуществления описываемого режима достаточно разделить индук­тор на две зоны, но в большинстве случаев необходимо иметь три зоны. При этом конструкция индуктора становится сложнее и в нем нельзя нагревать заготовки разной длины.

Главное преимущество режима ускоренного нагрева состоит в том, что при одной и той же производительности длина индуктора значительно сокращается и можно обойтись одним нагревателем вместо двух при обычном режиме. Иногда это является важным или решающим фактором при выборе режима нагрева. Возможно осуществление и любого другого промежуточного режима нагрева: от обычного до оптимального ускоренного. В практике, как пра­вило, имеет место именно промежуточный режим, что, в частности, затрудняет расчет времени нагрева и параметров индукторов.