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 金属感应加热炉加热时的温度分布

金属感应加热炉加热时的温度分布

感应加热时电能通过金属的透人层变为热能,再依靠本身的热传导能力使热能由高处向低处传递,也就是由表E向中心传递,向中心传递过程中又不断地主要以热辐射的形式损失热能。热加工工艺要求被加热的工件坯料径向和轴向(截面和长度)方向温度有一定要求。

1.径向温度

径向温度的大小与输人T件的表面功率密度(W/cm2)和被加热材料的导热系数有关,与频率和加热时间有关,图3-8-1〜图3-8-4分别为不锈钢(不导磁)、导磁钢、铝、铜4种材质的温度分布曲线。

温度低于居里点时,电流透入深度薄,表面温度较心部温度高很多,起始阶段功率和电流是下降的,这是因为钢的电阻率随温度的增加而增加,而电流透人深度没有达到热态时的电流透人深度,涡流流通路径的截面小,电阻大为增加,所以在相同感应电势下,电流减少,功率也减少。随着电流透入深度接近热态的电流透入深度,涡流流通的面积增加,导致流通路径电阻减少,电流上升,功率也上升,直至到达功率的最大值,到达居里点时功率下降了,U=1涡流流通的电阻下降,电流上升,而电流透入深度保持在一个定值上,电流也就大致保持在一个稳定的值,而功率却大大的下降,这时由于工件的失磁漏感增加,负栽功率因数CO#降低。

对于导磁钢,在冷态居里点温度之前电流大一些,输人功率也大一点,热态(过居里点)电流变小,功率变小,才能使钢材加热到所霱要温度。从室温(2(TC)加热到居里点之前大约送入2/3功率,占整个加热时间的约1/3,过居里点之后大约为送入功率的1/3,却约占整个加热时间的2/3。

有色金属和非导磁钢不受居里点影响,工件升温是逐渐进行,近乎线性变化,温差恒定,只有停电离开感应加热炉之后表面降温,心部升温才能达到心表温度之均衡。

当然可以采用离开感应加热炉之后加保温套。这种保温套可以是保温材料构成,也可以是电阻炉构成,甚至将整个加热过程分成二大段,开始输入大功率加热升温,后一个阶段采取小功率的保温。对于铝合金的加热要特别注意感应加热的特点,在感应加热过程中铝的表层敢热很快,在表层下却升温很快,会造成表层下一个局部过热甚至熔化的金属环,粗晶环的形成,所以对铝锭的感应加热配置的功率、频率不宜太大、太高。

对于工件大小和功率一定的情况下,采用不同的频率可以得到不同升温曲线,随着时间的推移温度升高,温差减少。 不同直径d应选择不同的透人深度1选择频率甚高时涡流只在一个极其薄层中流通,工件发热反而减少,心表温度增大;当选择频率过低,外侧面涡流在心部流向相反,这个被抵消的因索是不能忽视的,会出现心部发黑的现象,通常界定实心圆棒料#=3.5为最佳值。铁磁物质应以热态时选择合理的频率。

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