Устройство импульсного нагревас предварительным подогревом

Устройство импульсного нагревас предварительным подогревом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

С@цналнстнческнх

Республнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1>853783

+ л (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 210379 (21) 2739573/18-21 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 0708Я1,Бюллетень М 29

Г

<я)м. к.

Н 03 К 3/53

Н 05 В 9/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 373 (088.8) Дата опубликования описания 07,0881 (72) Автор изобретения

П. М. Пшиков

Харьковский ордена Ленина политехнически институт имени В.И. Ленина (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОГО НАГРЕВА

С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ПОДОГРЕВОМ

Изобретение относится к области нагрева металлов электромагнитным полем, Изобретение мо>хет быть использовано для термической обработки поверхности металлов.

Известно устройство для индукционного нагрева, состоящее из нагрузки и конденсаторной батареи, а параллельно этой цепочке включено управляемое коммутирующее устройство P1) .

Недостатком известного устройства является ограничение возможности

его применения для поверхностного нагрева металлических заготовок импульсами тока под поверхностную закалку с большой скоростью самоохла>хдения, обеспечивающей мелкозернистую структуру закаленного слоя так как из-за ограниченной мощности сети и токоограничивающего элемента уменьшается выделяемая в нагрузке мощность. В результате этого увеличивается время нагрева, что приводит к уходу тепла из заданного для нагрева поверхностного слоя в массу металла. Увеличивается глубина нагрева, что препятствует после окончания нагрева быстрому охлаждению заданного поверхностного слоя из-за того, что у>хе нагреты ни>хележащие слои по отношению к заданному поверхностному слою.

Нагрев ни>хележащих слоев мо>хет достигать величин, соизмеримых с те-, температурами фазовых превращений.

Уменьшение скорости охлаждения после импульсного нагрева не позволяет получить поэтому мелкозернисt0:òóâ структуру.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство импульсного нагрева, содержащее высоковольтный

15 источник питания переменного тока, к которому подключен выпрямитель и емкостной накопитель энергии, по крайней мере одну мостовую цепь, противоположные плечи кото20 рой содержат частотозадающий конденсатор и управляемый коммутатор, в диагональ включено согласующее устройство, а вершины соединены с емкостным накопителем энергии g2).

25 Недостатком этого устройства является сни>хение его производитель ности при получении мелкозернистой структуры. Это обусловлено тем, что энергии, накопленной в емкост3Q ном накопителе, не достаточно для

853783 закалки более значительных площадей. увеличение ие запасаемой энергии приводит к увеличению габаритов емкостного накопителя, а, следовательно, и установки.

Целью настоящего изобретения является увеличение производительности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве импульсного нагрева с предварительным подогревом, содержащем высоковольтный источник питания переменного тока, к которому подключен выпрямитель и емкостной накопитель энергии, по крайней мере одну мостову>о цепь, противополо>хные плечи которой содер>хат по частотозадающему конденсатору и управляемому коммутатору, а в диагональ включено согласующее устройство, вестовая цепь подключена к высоковольтному источнику питания переменного тока через размыкатель, емкостной накопитель энергии соединен с мостовой цепью .через разрядный управляемый коммутатор и параллельно мостовой цепи включен буферный конденсатор, параллельно которому включена индуктивность.

3а счет такого исполнения устройства заданный поверхностный слой металла предварительно нагревается за короткое время (десятые доли секунды) до температур, меньших, чем температуры фазовых превращений (несколько сотен градусов Цельсия). При этом ни>хеле>хащие слои металла за счет теплопроводности также прогреваются.

Однако благодаря тому, что заданный поверхностный слой нагревается незначительно, то и ни>хележащие слои имеют невысокую (порядка 1003004С) температуру. После предварительного нагрева от мощного высоковольтного источника питания переменного тока следует импульсный нагрев (в течение не более 0,1c) заданного поверхностного слоя за счет энергии накопленной в емкостном накопителе, При этом до температуры закалки нагревается значительно большая поверхность металла.

Для ограничения величины емкостного тока, а, следовательно, для улучшения условий работы источника питания переменного тока, параллельно буферному конденсатору включена индуктивность.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства; на -фиг.2 — кривая серии импульсов тока, осуществляющей предварительный подогрев поверхности металла.

Устройство содержит высоковольтный источник 1 питания переменного тока, который может быть выполнен, например, в виде мощной сети 220380 В с повышающим трансформатором.

5 l0

I(иcòo÷íèêó 1 подключен выпрямитель

2 и емкостной накопитель энергии 3.

Устройство также снабжено размыкателем 4 и по крайней мере одной мостовой цепью 5, которая через этот размыкатель 4 соединена с высоковольтным источником 1 питания переменного тока. Противоположные плечи мостовой цепи 5 содержат частотозадающий конденсатор б, управляемый коммутатор 7, частотозадающий конденсатор 8, управляе>ый коммутатор 9.

В диагонали мостовой цепи 5 включена первичная обмотка 10 согласующего устройства.

Устройство содержит также буферный конденсатор 11, подключенный параллельно мостовой цепи 5. Параллельно с буферным конденсатором 11 включена катушка индуктивности 12.

Емкостной накопитель энергии 3 соединен с мостовой цепью 5 через разрядный управляемый коммутатор 13, выполненный в виде разрядника.

Емкости частотозада>ощих конденсаторов б и 8, которые равны между собой, меньше или соизмеримы с емкость>о буферного конденсатора 11.

Емкость накопителя 3 значительно больше. емкости частотозадающих конденсаторов б и 8. Управляемые коммутаторы 7 и 9 выполнены, например, в виде управляемых разрядников.

Согласующее устройство выполнено, например, в.виде обычного понижающего импульсного трансформатора с сердечником. В случае, если установка снабжена несколькими, например двумя, мостовыми цепями, согласующее устройство выполнено аналогично трансформатору в устройстве-прототипе.

Устройство импульсного нагрева с предварительным подогревом работает следующим обраэом.

При включении источника питания 1 емкостной накопитель энергии 3 начинает заря>хаться через выпрямитель 2, а конденсаторы б, 8, 11 оказываются под переменным напряжением источника 1. Причем, мгновенное напряжение на частотозадающих конденсаторах б и 8 равно половине напряжения на источнике питания 1.

В момент срабатывания, например, управляемого коммутатора 9 частотозадающий конденсатор б разряжается на первичную обмотку 10 согласующего устройства, обеспечивая тем самым нагрев поверхностного слоя нагреваемого металла. Выбором емкости частотозадающего конденсатора б добиваются частоты нагреваемого импульса тока порядка сотен килогерц.

B процессе разряда конденсатора б частотозадающий конденсатор 8 одновременно подзаряжается до напря>кения, равного мгновенному напряжению на источнике 1 переменного тока. При этом подзаряд частотоза853783 дающего конденсатора 8 идет от буферного конденсатора 11, который в момент подзаряда является источником практически неограниченной мощности. После разряда конденсатора

6 и подзаряда конденсатора 8 в паузе между очередным срабатыванием

1 оммутатора 7, которая обусловлеа восстановлением прочности управляемого коммутатора 9 и выбирается минимальной, происходит подзаряд от источника питания 1 буферного конденсатора 11. Срабатывание управляемого разрядника 7 приводит к разряду частотозадающего конденсатора 8 на первичную обмотку 10 согласующего устройства. В процессе разряда частотозадающего конденсатора 8 одновременно происходит заряд частотозадающего конденсатора б до напряжения, равного мгновенному напряжению на источнике питания 1.

Заряд этого конденсатора идет от буферного конденсатора 11. После разряда конденсатора 8 и заряда конденсатора б в паузе между очередным срабатыванием коммутатора, 9 происходит подзаряд буферного конденсатора 11 от источника питания переменного тока 1. Затем снова срабатывает управляемый коммутатор 9 и происходит разряд частотозадающего конденсатора 6 и заряд частотоэадающего конденсатора 8.

После этого происходит срабатывание коммутатора 7 и т.д. до тех пор, пока поверхность нагреваемого металла достигнет требуемой предварительной температуры нагрева. Такой нагрев металлической поверхности идет серией высокочастотных затухающих импульсов тока от разрядов частотоэадающих конденсаторов 6, 8. Огибающая максимальных амплитуд этих импульсов имеет форму синусоиды тока промышленной частоты (фиг.2). В результате такой работы устройства поверхность металла подогревается до такой температуры, при которой отсутствуют еще фазовые превращения в структуре поверхностного слоя. Энергия для нагрева поступает от источника питания переменного тока 1. При этом, поскольку энергия выделяется мощными высокочастотными импуль сами эа счет разрядов конденсаторов, нагревается тонкий поверхностный слой за короткое время (десятые доли секунды ) на более значительной площади. Прогреваются . конечно, за счет теплопроводностй и слои, лежащие ниже необходимого для термообработки поверхностного слоя. Однако, благодаря небольшой температуре нагрева поверхности, нижележащие слои прогреваются незначительно. Например, если слой необходимый для термообработки, прогревается до 350-400оС, то нижележащие слои нагреваются до 200250ос

После предварительного скоростного подогрева заданного для термообработки поверхностного слоя металла от источника питания Х высокочастотными импульсами тока размыкатель 4 размыкает электричес- . кую цепь. Срабатывает управляемый разрядный коммутатор 13. При этом конденсаторы 6 и 8 заряжаются от емкостного накопителя 3. Поочередное срабатывание управляемых коммутаторов 7 и 9 приводит к поочередному разряду одного частотоза15 дающего конденсатора и заряду другого частотозадающего конденсатора, Нагрев идет за счет выделения энергии, накопленной в емкостном накопителе 3, мощными высокочастотными

;Я импульсами тока за счет разрядов частотозадающих конденсаторов. Достижение требуемой температуры в поверхностном слое для последующей закалки его идет за время менее

0,1 с, т.е. за время, в которое отсутствует теплоотвод. После импульсного нагрева поверхностный слой быстро охлаждается за время порядка

0,01 с до температуры 600 С и менее за счет теплоотвода в нижележащие слои металла. Такой режим обработки способствует, как известно, образованию в поверхностном слое мелкозернистой структуры, обеспечивающей улучшение механических свойств

З5 металла.

В зависимости от требуемой площади закалки работа и конструкция устройства могут меняться. Например, если необходимо получить мел40 козернистую структуру на сравнительно небольшой площади, то вначале производят заряд накопителя 3, а затем включение разььткателя 4, т.е. это необходимо потому, что нагрев

45 такой поверхности оТ источника Т идет настолько быстро, что накопитель 3 не успевает зарядиться за время нагрева. При этом работа источника питания 1 облегчена, поскольку резонансное сопротивление контура, образованного буферным конденсатором 11 и катушкой индуктивности 12, ограничивает емкостный ! ток от включения параллельно источнику 1 буферного конденсатора 11. ,Чтобы произвести закалку более значительных площадей, для ускорения выделения энергии в процессе нагрева возможно включение нескольких, например, двух, мостовых цепей. ТогЩ да согласующее устройство будет выполнено аналогично исполнению трансформатора в устройстве-прототипе.

Формула изобретения

Устройство импульсного нагрева с

65 предварительным подогревом, со853783 фиг. l фце.2

Составитель В. Чижов

Редактор Н.Коляда Техред И. Асталош Корректор С. Шекмар.

Заказ 5695/32 Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб,д.4/5

Филиал ППП "Патент", r, ужгород, ул.Проектная, 4 держащее высоковольтный источник питания переменного тока, к которому подключен выпрямитель и емкостной накопитель энергии, по крайней мере одну мостовую цепь, противоположные плечи которой содержат lIo частотоэадающему конденсатору и управляемому коммутатору, а в диагональ включено согласующее устройство, отличающееся тем, что, с целью увеличения производительности, мостовая цепь подключена к высоковольтному источнику питания переменного тока через раз,мыкатель, емкостной накопитель энергии соединен с мостовой цепью через разрядный управляемый коммутатор и параллельно мостовой цепи включен буферный конденсатор, параллельно которому включена индуктивность.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Франции Р 2296959, кл. Н 05 В 9/00, опублик. 03.09.70.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2499772/18-21, кл. Н 03 К 3/53, 16.06.77.