Поверхневе загартування (ТВЧ). Загартування металів струмами високої частоти


Загартування сталі проводиться для надання металу більшої стійкості. Загартування піддаються не всі вироби, а тільки ті, що часто стираються і пошкоджуються ззовні. Після гарту верхній шар виробу стає дуже міцним і захищеним від появи корозійних утворень та механічних пошкоджень. Загартування струмами високої частоти дає можливість досягти саме того результату, який необхідний виробнику.

Чому саме загартування ТВЧ

Коли є вибір, часто виникає питання «чому?». Чому варто вибрати саме загартування ТВЧ, якщо є й інші способи загартування металу, наприклад, застосування розжареної олії.
Загартування ТВЧ має безліч переваг, через які стала активно застосовуватися останнім часом.

  1. Під впливом струмів високої частоти нагрівання виходить рівномірним по всій поверхні виробу.
  2. Програмне забезпечення індукційної установки може повністю проконтролювати процес загартування для більш точного результату.
  3. Загартування ТВЧ дає можливість нагрівання виробу на необхідну глибину.
  4. Індукційна установка дозволяє знизити кількість шлюбу у виробництві. Якщо при використанні розпечених масел на виробі дуже часто утворюються окалини, то нагрівання ТВЧ повністю позбавляє цього. Загартування ТВЧ знижує кількість бракованих виробів.
  5. Індукційне загартування надійно захищає виріб і дає можливість збільшення продуктивності на підприємстві.

Переваг у індукційного нагрівання дуже багато. Існує і один мінус - в індукційному устаткуванні дуже складно зробити гарт виробу, що має складну форму (багатогранники).

Устаткування для гартування ТВЧ

Для гартування ТВЧ використовується сучасне індукційне обладнання. Індукційна установка є компактною і дозволяє за короткий проміжок часу обробити значну кількість виробів. Якщо на підприємстві постійно необхідно робити гарт виробів, то найкраще придбати гартний комплекс.
У комплектацію гартувального комплексу входить: гартувальний верстат, індукційна установка, маніпулятор, модуль охолодження, а також при необхідності може бути доданий комплект індукторів для гартування виробів різної форми та розмірів.
Устаткування для гартування ТВЧ– це відмінне рішення щодо якісного загартування металевих виробів та отримання точних результатів у процесі перетворення металла.

Плавка металу шляхом індукції широко застосовується у різних галузях: металургії, машинобудуванні, ювелірному справі. Просту піч індукційного типу для плавки металу в домашніх умовах можна зібрати власноруч.

Нагрів та плавка металів в індукційних печах відбуваються за рахунок внутрішнього нагріву та зміни кристалічних ґрат металу при проходженні через них високочастотних вихрових струмів. В основі цього процесу лежить явище резонансу, при якому вихрові струми мають максимальне значення.

Щоб викликати протікання вихрових струмів через метал, що розплавляється, його поміщають в зону дії електромагнітного поля індуктора - котушки. Вона може мати форму спіралі, вісімки або трилисника. Форма індуктора залежить від розмірів і форми заготівлі, що нагрівається.

Котушка індуктора підключається до джерела змінного струму. У виробничих плавильних печах використовують струми промислової частоти 50 Гц, для плавки невеликих обсягів металів у ювелірній справі використовують високочастотні генератори як більш ефективні.

Види

Вихрові струми замикаються за контуром, обмеженим магнітним полем індуктора. Тому нагрівання струмопровідних елементів можливе як усередині котушки, так і з зовнішнього боку.

    Тому індукційні печі бувають двох типів:
  • канальні, у яких ємністю для плавки металів є канали, розташовані навколо індуктора, а всередині нього розташований сердечник;
  • тигельні, у яких використовується спеціальна ємність - тигель, виконаний із жароміцного матеріалу, зазвичай знімний.

Канальна пічнадто габаритна та розрахована на промислові обсяги плавки металів. Її використовують при виплавці чавуну, алюмінію та інших кольорових металів.
Тигельна пічДосить компактна, їй користуються ювеліри, радіоаматори, таку піч можна зібрати своїми руками та застосовувати в домашніх умовах.

Пристрій

    Саморобна піч для плавки металів має досить просту конструкцію та складається з трьох основних блоків, поміщених у загальний корпус:
  • генератор змінного струму високої частоти;
  • індуктор - спіралеподібна обмотка із мідного дроту або трубки, виконана своїми руками;
  • тигель.

Тигель поміщають індуктор, кінці обмотки підключають до джерела струму. При протіканні струму по обмотці навколо неї виникає електромагнітне поле зі змінним вектором. У магнітному полі виникають вихрові струми, спрямовані перпендикулярно до його вектора і проходять по замкнутому контуру всередині обмотки. Вони проходять через метал, покладений у тигель, нагріваючи його до температури плавлення.

Переваги індукційної печі:

  • швидке і рівномірне нагрівання металу відразу після включення установки;
  • спрямованість нагрівання - гріється лише метал, а чи не вся установка;
  • висока швидкість плавлення та однорідність розплаву;
  • відсутня випаровування легуючих компонентів металу;
  • установка екологічно чиста та безпечна.

Як генератор індукційної печі для плавки металу може бути використаний зварювальний інвертор. Також можна зібрати генератор за представленими нижче схемами своїми руками.

Пекти для плавки металу на зварювальному інверторі

Ця конструкція відрізняється простотою та безпекою, тому що всі інвертори обладнані внутрішніми захистами від перевантажень. Все складання печі в цьому випадку зводиться до виготовлення своїми руками індуктора.

Виконують його зазвичай у формі спіралі з мідної тонкостінної трубки діаметром 8-10 мм. Її згинають за шаблоном потрібного діаметра, розташовуючи витки з відривом 5-8 мм. Кількість витків - від 7 до 12, залежно від діаметра та характеристик інвертора. Загальний опір індуктора має бути таким, щоб не викликати перевантаження струму в інверторі, інакше він буде відключатися внутрішнім захистом.

Індуктор можна закріпити в корпусі з графіту або текстоліту і встановити тигель. Можна просто поставити індуктор на термостійку поверхню. Корпус не повинен проводити струм, інакше замикання вихрових струмів проходитиме через нього, і потужність установки знизиться. З цієї причини не рекомендується розташовувати у зоні плавлення сторонні предмети.

При роботі зварювального інвертора його корпус потрібно обов'язково заземлювати! Розетка і проводка повинні бути розраховані на струм, що споживається інвертором.


В основі системи опалення приватного будинку лежить робота печі або котла, висока продуктивність та довгий безперебійний термін служби яких залежить як від марки та встановлення самих опалювальних приладів, так і від правильного монтажу димоходу.
ви знайдете рекомендації щодо вибору твердопаливного котла, а в наступному - познайомитеся з видами та правилами:

Індукційна піч на транзисторах: схема

Існує безліч різних способів зібрати індукційний нагрівач власноруч. Досить проста та перевірена схема печі для плавки металу представлена ​​на малюнку:

    Щоб зібрати установку своїми руками, знадобляться такі деталі та матеріали:
  • два польові транзистори типу IRFZ44V;
  • два діоди UF4007 (можна також використовувати UF4001);
  • резистор 470 Ом, 1 Вт (можна взяти два послідовно з'єднані по 0,5 Вт);
  • плівкові конденсатори на 250 В: 3 штуки ємністю 1 мкФ; 4 штуки – 220 нФ; 1 штука – 470 нФ; 1 штука – 330 нФ;
  • мідний обмотувальний дріт в емалевій ізоляції Ø1,2 мм;
  • мідний обмотувальний дріт у емалевій ізоляції Ø2 мм;
  • два кільця від дроселів, знятих із комп'ютерного блока живлення.

Послідовність збирання своїми руками:

  • Польові транзистори встановлюють на радіатори. Оскільки схема в процесі роботи сильно гріється, радіатор має бути досить великим. Можна встановити їх і на один радіатор, але тоді потрібно ізолювати транзистори від металу за допомогою прокладок та шайб із гуми та пластику. Розпинування польових транзисторів наведено малюнку.

  • Необхідно виготовити два дроселі. Для виготовлення мідний дріт діаметром 1,2 мм намотують на кільця, зняті з блоку живлення будь-якого комп'ютера. Ці кільця складаються з порошкового феромагнітного заліза. На них необхідно намотати від 7 до 15 витків дроту, намагаючись витримувати відстань між витками.

  • Збирають перераховані вище конденсатори батарею загальною ємністю 4,7 мкФ. З'єднання конденсаторів – паралельне.

  • Виконують обмотку індуктора із мідного дроту діаметром 2 мм. Намотують на відповідний діаметром тигля циліндричний предмет 7-8 витків обмотки, залишають досить довгі кінці для підключення до схеми.
  • З'єднують елементи на платі відповідно до схеми. Як джерело живлення використовують акумулятор на 12, 7,2 A/h. Потужність струму в режимі роботи - близько 10 А, ємності акумулятора в цьому випадку вистачить приблизно на 40 хвилин. При необхідності виготовляють корпус печі з термостійкого матеріалу, наприклад, текстоліту.
При тривалій роботі елементи нагрівача можуть перегріватись! Для їхнього охолодження можна використовувати вентилятор.

Індукційний нагрівач для плавки металу: відео

Індукційна піч на лампах

Більш потужну індукційну піч для плавки металів можна зібрати власноруч на електронних лампах. Схема пристрою наведено малюнку.

Для генерації високочастотного струму використовуються 4 променеві лампи, з'єднані паралельно. Як індуктор використовується мідна трубка діаметром 10 мм. Установка оснащена підстроювальним конденсатором для регулювання потужності. Частота, що видається - 27,12 МГц.

Для складання схеми необхідні:

  • 4 електронні лампи - тетроди, можна використовувати 6L6, 6П3 або Г807;
  • 4 дроселя на 100 ... 1000 мкГн;
  • 4 конденсатори на 0,01 мкФ;
  • неонова лампа-індикатор;
  • підстроювальний конденсатор.

Складання пристрою своїми руками:

  1. З мідної трубки виконують індуктор, згинаючи їх у формі спіралі. Діаметр витків – 8-15 см, відстань між витками не менше 5 мм. Кінці лудять для паяння до схеми. Діаметр індуктора повинен бути більшим за діаметр, що поміщається всередину тигля на 10 мм.
  2. Розміщують індуктор у корпусі. Його можна виготовити з термостійкого матеріалу, що не проводить струм, або з металу, передбачивши термо- і електроізоляцію від елементів схеми.
  3. Збирають каскади ламп за схемою з конденсаторами та дроселями. Каскади з'єднують у паралель.
  4. Підключають неонову лампу-індикатор - вона сигналізуватиме про готовність схеми до роботи. Лампу виводять на корпус монтажу.
  5. У схему включають конденсатор підлаштування змінної ємності, його ручку також виводять на корпус.


Для всіх любителів делікатесів, приготовлених методом холодного копчення, пропонуємо дізнатися як швидко і просто своїми руками зробити коптильню, а познайомитися з фото та відео інструкцією з виготовлення генератора диму для холодного копчення.

Охолодження схеми

Промислові плавильні установки оснащені системою примусового охолодження на воді чи антифризі. Виконання водяного охолодження в домашніх умовах вимагатиме додаткових витрат, які можна порівняти за ціною з вартістю самої установки для плавки металу.

Виконати повітряне охолодження за допомогою вентилятора можна за умови достатнього віддаленого розташування вентилятора. В іншому випадку металева обмотка та інші елементи вентилятора будуть служити додатковим контуром для замикання вихрових струмів, що зменшить ефективність роботи установки.

Елементи електронної та лампової схеми також здатні активно нагріватися. Для їхнього охолодження передбачають тепловідвідні радіатори.

Заходи безпеки під час роботи

  • Основна небезпека при роботі - небезпека отримання опіків від елементів установки, що нагріваються, і розплавленого металу.
  • Лампова схема включає елементи з високою напругою, тому її потрібно розмістити в закритому корпусі, виключивши випадковий дотик елементів.
  • Електромагнітне поле здатне впливати на предмети, що знаходяться поза корпусом приладу. Тому перед роботою краще одягнути одяг без металевих елементів, прибрати із зони дії складні пристрої: телефони, цифрові камери.
Не рекомендується використовувати установку людям із вживленими кардіостимуляторами!

Піч для плавки металів у домашніх умовах може використовуватися також для швидкого нагрівання металевих елементів, наприклад, при їх лудженні або формуванні. Характеристики роботи представлених установок можна підігнати під конкретне завдання, змінюючи параметри індуктора та вихідний сигнал генераторних установок - так можна досягти їх максимальної ефективності.

Паяння інструменту

Паяння алюмінію

Термообробка

ЗАТ «Сучасна Машинобудівна Компанія», офіційний представник CIEA (Італія) пропонує Вашій увазі генератори індукційного нагріву (установки ТВЧ) для термообробки виробів з металу.

ТВЧ печі для загартування

З моменту свого створення, наприкінці 60-х років, фірма CEIA займалася розробкою та виготовленням промислового обладнання, що базується на застосуванні ефекту електромагнітного поля. Наприкінці 80-х CEIA представляє перший твердотільний індукційний нагрівач на ринку спеціального пайкового обладнання. У 1995 CEIA представляє ще одне нововведення - модельний ряд приладів для індукційного нагріву Power Cube Family, в який входять:

  • генератори (потужністю від 2,8 кВт до 100 кВт та робочими частотами від 25 кГц до 1800 кГц) та нагрівальні голови;
  • контрольні пристрої (контролер, майстер-контролер, спеціальний програматор), що забезпечують роботу в автоматичному або напівавтоматичному режимі;
  • оптичні пірометри з діапазоном виміру від 80 до 2000 ºС;
  • підставки для нагрівальних голів, пірометрів та пристрої подачі припою.

Компанія CIEA повністю здійснює всі стадії виробництва: від розробки приладів та електронних плат до збирання генераторів. На виробництві працює висококваліфікований персонал. Кожен пристрій проходить обов'язкове електромагнітне тестування.

ТВЧ печі для загартування від ЗАТ "СМК"

Модульна конструкція ТВЧ установок індукційного нагрівання дозволяє компонувати робочі станції з різними характеристиками, що відповідають технічним та економічним потребам замовника. Це також дозволяє змінювати початкову комплектацію (при зміні моделі генератора або контролера).

Компанія ЗАТ «Сучасна машинобудівна компанія» має досвід автоматизації процесів термічної обробки за умовами технічного завдання Замовника.

Принцип роботи:

Індукційне нагрівання здійснюється за рахунок енергії електромагнітного поля. Петля індуктора необхідного розміру підноситься до деталі, що обробляється. Середньо- та високочастотний змінний струм (ТВЧ), що проходить по петлі, створює на поверхні деталі, що обробляється, вихрові струми, величина яких може контролюватись і програмуватися. Індукційне нагрівання відбувається без безпосереднього контакту, при цьому термообробці піддаються лише металеві частини. Індукційне нагрівання характеризується високою ефективністю перенесення енергії без втрат тепла. Глибина проникнення индуцируемых струмів безпосередньо залежить від робочої частоти генератора (ТВЧ установки індукційного нагрівання) - що стоїть частота, то більше вписувалося щільність струму лежить на поверхні оброблюваної деталі. Знижуючи робочу частоту можна збільшити глибину проникнення ТВЧ, тобто. глибину нагріву.

Переваги:

Генератори (ТВЧ установки індукційного нагріву) CEIA мають такі переваги:

  • висока ефективність;
  • малі габарити та можливість вбудовування в автоматизовані лінії;
  • локалізація області нагріву (завдяки точно підібраному індуктору);
  • мікропроцесор, що забезпечує повторюваність робочого циклу;
  • система самодіагностики, що подає сигнал і вимикає установку у разі несправності;
  • можливість винесення в робочу зону лише нагрівальної голови з індуктором (з'єднувальний кабель завдовжки до 4 м);
  • обладнання відповідає вимогам електротехнічної безпеки та має сертифікат ISO 9001.

Застосування:

Генератори (ТВЧ установки індукційного нагріву) CIEA застосовується для різних видів термообробки всіх струмопровідних виробів (металеві сплави, кольорові метали, вуглецеві та кремнієві сполуки):

  • нагріву;
  • загартування;
  • відпалу;
  • паяння інструменту, у тому числі алмазного або твердосплавного;
  • паяння мікросхем, роз'ємів, кабелів;
  • паяння алюмінію.

Струми високої частоти здатні ідеально справлятися з багатьма процесами термообробки металу. Установка ТВЧ відмінно підійде для загартування. На сьогоднішній день немає обладнання, яке могло б на рівних конкурувати з індукційним нагріванням. Виробники стали все більше уваги приділяти індукційному обладнанню, купуючи його для обробки виробів та плавки металу.

Чим гарна установка ТВЧ для загартування

Установка ТВЧ – це унікальне обладнання, яке здатне за короткий проміжок часу з високою якістю обробляти метал. Для виконання кожної функції слід підбирати певну установку, наприклад для загартування, краще придбати готовий загартований комплекс ТВЧ, в якому все вже призначено для комфортного твору загартування.
Установка ТВЧ має широким переліком переваг, але ми не будемо розглядати все, а зупинимося на тих, які підходять саме для створення ТВЧ загартування.

  1. Установка ТВЧ нагрівається за короткий проміжок часу, починаючи швидко обробляти метал. При використанні індукційного нагріву немає необхідності витрачати додатковий час на проміжні нагрівання, оскільки обладнання відразу починає обробляти метал.
  2. Індукційне нагрівання не потребує додаткових технічних засобів, наприклад, застосування масла для загартування. Виріб виходить якісним, а кількість шлюбу у виробництві суттєво знижується.
  3. Установка ТВЧ повністю безпечна для працівників підприємства, а також є простою в експлуатації. Немає потреби наймати висококваліфікований персонал, щоб запустити та запрограмувати обладнання.
  4. Струми високої частоти дають можливість добутку глибшого загартування, так як тепло під впливом електромагнітного поля, здатне проникати на задану глибину.

Установка ТВЧ має величезний перелік переваг, перераховувати які можна довго. Використовуючи нагрівання ТВЧ для загартування, ви істотно знизите витрати електроенергії, а також отримаєте можливість збільшити рівень продуктивності підприємства.

Установка ТВЧ – принцип роботи для загартування

Установка ТВЧ працює з урахуванням принципу індукційного нагрівання. За основу цього принципу було взято закони Джоуля-Ленца та Фарадея-Максвелла про перетворення електричної енергії.
Генератор подає електричну енергію, яка проходить через індуктор, перетворюючись на потужне електромагнітне поле. Вихрові струми поля, що утворилися, починають діяти і, проникаючи в метал, трансформуються в теплову енергію, починаючи обробляти виріб.

Струм високої частоти утворюється в установці завдяки індуктору і дозволяє нагрівати виріб, розміщений у безпосередній близькості до індуктора. Індукційна установка ідеально підходить для загартування металевих виробів. Саме в ТВЧ установці можна чітко запрограмувати: потрібну глибину проникнення тепла, час загартування, температуру нагрівання та процес охолодження.

Вперше індукційне обладнання було використано для загартування після пропозиції, що надійшла від В.П. Володіна у 1923 році. Після довгих проб та тестувань ТВЧ нагрівання його стали використовувати для загартування сталі з 1935 року. Установки ТВЧ для загартування сьогодні є найбільш продуктивним способом термообробки металевих виробів.

Чому індукційна установка найкраще підходить для загартування

Загартування ТВЧ металевих деталей проводиться для підвищення стійкості верхнього шару виробу до механічних пошкоджень, при цьому центр заготовки має підвищену в'язкість. Важливо відзначити, що серцевина виробу при ТВЧ загартуванні залишається абсолютно постійною.
Індукційна установка має чимало дуже важливих переваг у порівнянні з альтернативними видами нагріву: якщо раніше ТВЧ установки були більш громіздкими та незручними, то зараз цей недолік виправили, та обладнання стало універсальним для термообробки виробів із металу.

Переваги індукційного обладнання

Один із мінусів індукційної установки для гарту – це неможливість обробки деяких виробів, що мають складну форму.

Різновиди загартування металу

Загартування металу буває декількох типів. Для одних виробів достатньо нагріти метал і відразу ж остудити, а для інших потрібна витримка за певної температури.
Існують такі види загартування:

  • Стаціонарне загартування: застосовується, як правило, для деталей, що мають невелику плоску поверхню. Положення деталі та індуктора при використанні даного способу загартування залишається незмінним.
  • Безперервно-послідовне загартування: застосовується для загартування циліндричних або плоских виробів. При безперервно-послідовному загартуванні деталь може переміщатися під індуктором або зберігає свою позицію незмінною.
  • Тангенціальна загартування виробів: відмінно підходить для обробки невеликих деталей, що мають циліндричну форму. Тангенціальна безперервно-послідовна загартування прокручує виріб один раз протягом усього процесу термообробки.
  • Установка ТВЧ для загартування - це обладнання, здатне зробити якісне загартування виробу і при цьому заощадити виробничі ресурси.