Installation à induction pour revenu haute fréquence. Traitement thermique de l'acier. (Traitement thermique du métal). Durcissement et HDTV. Four à induction à lampe

Le durcissement de l'acier est effectué pour donner au métal une plus grande durabilité. Tous les produits ne sont pas durcis, mais seulement ceux qui sont souvent usés et endommagés de l'extérieur. Après durcissement, la couche supérieure du produit devient très durable et protégée de l'apparition de formations de corrosion et de dommages mécaniques. Le durcissement avec des courants haute fréquence permet d'obtenir exactement le résultat dont le fabricant a besoin.

Pourquoi durcir la TVHD

Lorsqu'il y a un choix, très souvent la question "pourquoi ?" se pose. Pourquoi vaut-il la peine de choisir le durcissement HDTV s'il existe d'autres méthodes de durcissement des métaux, par exemple l'utilisation d'huile chaude.
Le durcissement HDTV présente de nombreux avantages, grâce auxquels il est devenu activement utilisé ces dernières années.

  1. Sous l'influence de courants haute fréquence, le chauffage est uniforme sur toute la surface du produit.
  2. Le logiciel de l'installation d'induction peut contrôler entièrement le processus de durcissement pour un résultat plus précis.
  3. Le durcissement HDTV permet de chauffer le produit à la profondeur requise.
  4. L'installation à induction permet de réduire la quantité de défauts en production. Si, lors de l'utilisation d'huiles chaudes, des écailles se forment très souvent sur le produit, le chauffage du téléviseur HD élimine complètement cela. Le durcissement HDTV réduit le nombre de produits défectueux.
  5. La trempe par induction protège le produit de manière fiable et permet d'augmenter la productivité de l'entreprise.

Les avantages du chauffage par induction sont nombreux. Il y a un inconvénient - dans les équipements à induction, il est très difficile de durcir un produit de forme complexe (polyèdres).

Équipement de durcissement HDTV

Pour le durcissement HDTV, un équipement à induction moderne est utilisé. L'unité d'induction est compacte et vous permet de traiter une quantité importante de produits en peu de temps. Si l'entreprise a constamment besoin de durcir les produits, il est préférable d'acheter un complexe de durcissement.
Le complexe de durcissement comprend : une machine de durcissement, une unité d'induction, un manipulateur, un module de refroidissement et, si nécessaire, un ensemble d'inducteurs pour durcir des produits de différentes formes et tailles peuvent être ajoutés.
Équipement de durcissement HDTV- c'est une excellente solution pour le durcissement de haute qualité des produits métalliques et l'obtention de résultats précis dans le processus de transformation du métal.

La fusion du métal par induction est largement utilisée dans diverses industries : métallurgie, ingénierie, bijouterie. Un simple four à induction pour faire fondre le métal à la maison peut être assemblé de vos propres mains.

Le chauffage et la fusion des métaux dans les fours à induction se produisent en raison du chauffage interne et des modifications du réseau cristallin du métal lorsque des courants de Foucault à haute fréquence les traversent. Ce processus est basé sur le phénomène de résonance, dans lequel les courants de Foucault ont une valeur maximale.

Pour provoquer la circulation des courants de Foucault à travers le métal fondu, celui-ci est placé dans la zone d'action du champ électromagnétique de l'inducteur - la bobine. Il peut avoir la forme d'une spirale, d'un huit ou d'un trèfle. La forme de l'inducteur dépend de la taille et de la forme de la pièce chauffée.

La bobine d'inductance est connectée à une source de courant alternatif. Dans les fours de fusion industriels, des courants de fréquence industriels de 50 Hz sont utilisés; pour la fusion de petits volumes de métaux dans les bijoux, des générateurs haute fréquence sont utilisés, car ils sont plus efficaces.

Sortes

Les courants de Foucault sont fermés le long d'un circuit limité par le champ magnétique de l'inducteur. Par conséquent, le chauffage des éléments conducteurs est possible à la fois à l'intérieur de la bobine et depuis son côté extérieur.

    Par conséquent, les fours à induction sont de deux types :
  • canal, dans lequel les canaux situés autour de l'inducteur sont le récipient pour la fusion des métaux, et le noyau est situé à l'intérieur de celui-ci;
  • creuset, ils utilisent un récipient spécial - un creuset en matériau résistant à la chaleur, généralement amovible.

four à canal trop global et conçu pour les volumes industriels de fusion de métaux. Il est utilisé dans la fusion de la fonte, de l'aluminium et d'autres métaux non ferreux.
four à creuset assez compact, il est utilisé par les bijoutiers, les radioamateurs, un tel four peut être assemblé de vos propres mains et utilisé à la maison.

Appareil


    Un four fait maison pour la fusion des métaux a tout à fait conception simple et se compose de trois blocs principaux placés dans un corps commun :
  • alternateur haute fréquence ;
  • inductance - enroulement en spirale fil de cuivre ou des tubes faits à la main ;
  • creuset.

Le creuset est placé dans une inductance, les extrémités de l'enroulement sont reliées à une source de courant. Lorsque le courant circule dans l'enroulement, un champ électromagnétique avec un vecteur variable apparaît autour de lui. Dans un champ magnétique, des courants de Foucault apparaissent, dirigés perpendiculairement à son vecteur et passant le long circuit ferméà l'intérieur de l'enroulement. Ils traversent le métal placé dans le creuset, tout en le chauffant jusqu'au point de fusion.

Avantages du four à induction :

  • chauffage rapide et uniforme du métal immédiatement après la mise sous tension de l'installation;
  • directivité du chauffage - seul le métal est chauffé et non l'ensemble de l'installation;
  • vitesse de fusion élevée et homogénéité de la masse fondue ;
  • il n'y a pas d'évaporation des composants d'alliage du métal ;
  • l'installation est écologique et sûre.

Un onduleur de soudage peut être utilisé comme générateur d'un four à induction pour la fusion du métal. Vous pouvez également assembler le générateur selon les schémas ci-dessous avec vos propres mains.

Four de fusion de métal sur onduleur de soudage

Cette conception est simple et sûre car tous les onduleurs sont équipés d'une protection interne contre les surcharges. L'assemblage complet du four dans ce cas revient à fabriquer un inducteur de vos propres mains.

Il est généralement réalisé sous la forme d'une spirale à partir d'un tube en cuivre à paroi mince d'un diamètre de 8 à 10 mm. Il est plié selon un gabarit du diamètre souhaité, en plaçant les spires à une distance de 5 à 8 mm. Le nombre de tours est de 7 à 12, selon le diamètre et les caractéristiques de l'onduleur. La résistance totale de l'inductance doit être telle qu'elle ne provoque pas de surintensité dans l'onduleur, sinon elle sera déclenchée par la protection interne.

L'inducteur peut être monté dans un boîtier en graphite ou en textolite et un creuset peut être installé à l'intérieur. Vous pouvez simplement poser l'inducteur sur une surface résistante à la chaleur. Le boîtier ne doit pas conduire le courant, sinon le circuit des courants de Foucault le traversera et la puissance de l'installation en sera réduite. Pour la même raison, il n'est pas recommandé de placer des corps étrangers dans la zone de fusion.

Lorsque vous travaillez à partir d'un onduleur de soudage, son boîtier doit être mis à la terre ! La prise et le câblage doivent être dimensionnés pour le courant consommé par l'onduleur.

Le système de chauffage d'une maison privée est basé sur le fonctionnement d'un four ou d'une chaudière, dont les performances élevées et la longue durée de vie ininterrompue dépendent à la fois de la marque et de l'installation des appareils de chauffage eux-mêmes, ainsi que de l'installation correcte de la cheminée.
vous trouverez des recommandations pour choisir une chaudière à combustible solide, et dans ce qui suit, vous vous familiariserez avec les types et les règles:

Four à induction à transistor : circuit

Il existe de nombreuses façons d'assembler un appareil de chauffage par induction de vos propres mains. Un schéma assez simple et éprouvé d'un four pour la fusion du métal est illustré sur la figure:

    Pour assembler l'installation de vos propres mains, vous aurez besoin des pièces et matériaux suivants:
  • deux transistors à effet de champ de type IRFZ44V ;
  • deux diodes UF4007 (vous pouvez également utiliser UF4001);
  • résistance 470 Ohm, 1 W (vous pouvez prendre deux 0,5 W connectés en série chacun);
  • condensateurs à film pour 250 V : 3 pièces d'une capacité de 1 microfarad ; 4 pièces - 220 nF ; 1 pièce - 470 nF ; 1 pièce - 330 nF ;
  • fil de bobinage en cuivre dans une isolation en émail Ø1,2 mm;
  • fil de bobinage en cuivre dans isolation émaillée Ø2 mm;
  • deux sonneries de selfs prélevées sur l'alimentation d'un ordinateur.

Séquence d'assemblage à faire soi-même :

  • Les transistors à effet de champ sont montés sur des radiateurs. Étant donné que le circuit devient très chaud pendant le fonctionnement, le radiateur doit être suffisamment grand. Vous pouvez également les installer sur un radiateur, mais vous devez ensuite isoler les transistors du métal à l'aide de joints et de rondelles en caoutchouc et en plastique. Le brochage des transistors à effet de champ est illustré sur la figure.


  • Il faut faire deux starters. Pour leur fabrication, du fil de cuivre d'un diamètre de 1,2 mm est enroulé autour d'anneaux prélevés sur l'alimentation de n'importe quel ordinateur. Ces anneaux sont en fer ferromagnétique en poudre. Ils doivent être enroulés de 7 à 15 tours de fil, en essayant de maintenir la distance entre les tours.


  • Les condensateurs énumérés ci-dessus sont assemblés dans une batterie d'une capacité totale de 4,7 microfarads. Connexion des condensateurs - parallèle.



  • L'enroulement de l'inducteur est en fil de cuivre d'un diamètre de 2 mm. 7-8 tours d'enroulement sont enroulés sur un objet cylindrique adapté au diamètre du creuset, laissant des extrémités suffisamment longues pour se connecter au circuit.
  • Connectez les éléments sur la carte conformément au schéma. Une batterie de 12 V, 7,2 A/h est utilisée comme source d'alimentation. Le courant consommé en fonctionnement est d'environ 10 A, la capacité de la batterie dans ce cas est suffisante pour environ 40 minutes.Si nécessaire, le corps du four est en matériau résistant à la chaleur, par exemple en textolite.La puissance de l'appareil peut être modifiée en changeant le nombre de tours de l'enroulement de l'inducteur et leur diamètre.
Lors d'un fonctionnement prolongé, les éléments chauffants peuvent surchauffer ! Vous pouvez utiliser un ventilateur pour les refroidir.

Appareil de chauffage par induction pour la fusion du métal : vidéo

Four à induction à lampe

Un four à induction plus puissant pour la fusion des métaux peut être assemblé à la main sur des tubes à vide. Le schéma de l'appareil est représenté sur la figure.


Pour générer un courant haute fréquence, 4 lampes à faisceau connectées en parallèle sont utilisées. Un tube de cuivre d'un diamètre de 10 mm est utilisé comme inducteur. L'unité est équipée d'un condensateur ajustable pour le réglage de la puissance. La fréquence de sortie est de 27,12 MHz.

Pour assembler le circuit dont vous avez besoin:

  • 4 tubes à vide - tétrodes, vous pouvez utiliser 6L6, 6P3 ou G807 ;
  • 4 selfs pour 100 ... 1000 μH ;
  • 4 condensateurs à 0,01 uF ;
  • lampe témoin au néon;
  • condensateur d'accord.

Assemblage de l'appareil de vos propres mains:

  1. Un inducteur est fabriqué à partir d'un tube de cuivre, le pliant en forme de spirale. Le diamètre des spires est de 8-15 cm, la distance entre les spires est d'au moins 5 mm. Les extrémités sont étamées pour être soudées au circuit. Le diamètre de l'inducteur doit être supérieur de 10 mm au diamètre du creuset placé à l'intérieur.
  2. Placez l'inducteur dans le boîtier. Il peut être réalisé en un matériau non conducteur résistant à la chaleur, ou en métal, assurant une isolation thermique et électrique des éléments du circuit.
  3. Des cascades de lampes sont assemblées selon le schéma avec des condensateurs et des selfs. Les cascades sont connectées en parallèle.
  4. Connectez une lampe témoin au néon - elle signalera que le circuit est prêt à fonctionner. La lampe est amenée dans le boîtier d'installation.
  5. Un condensateur d'accord de capacité variable est inclus dans le circuit, sa poignée est également affichée sur le boîtier.

Refroidissement des circuits

Les fonderies industrielles sont équipées d'un système de refroidissement forcé à l'eau ou à l'antigel. Le refroidissement de l'eau à la maison nécessitera des coûts supplémentaires, dont le prix est comparable au coût de l'usine de fusion des métaux elle-même.

Le refroidissement par air avec ventilateur est possible à condition que le ventilateur soit suffisamment éloigné. Sinon, l'enroulement métallique et d'autres éléments du ventilateur serviront de circuit supplémentaire pour fermer les courants de Foucault, ce qui réduira l'efficacité de l'installation.

Les éléments des circuits électroniques et de la lampe peuvent également chauffer activement. Pour leur refroidissement, des radiateurs d'évacuation de la chaleur sont fournis.

Mesures de sécurité au travail

  • Le principal danger pendant le fonctionnement est le risque de brûlure par les éléments chauffants de l'installation et le métal en fusion.
  • Le circuit de la lampe comprend des éléments à haute tension, il doit donc être placé dans un boîtier fermé, éliminant tout contact accidentel avec les éléments.
  • Le champ électromagnétique peut affecter les objets qui se trouvent à l'extérieur du boîtier de l'appareil. Par conséquent, avant le travail, il est préférable de mettre des vêtements sans éléments métalliques, de retirer les appareils complexes de la zone de couverture : téléphones, appareils photo numériques.
Il n'est pas recommandé d'utiliser l'appareil pour les personnes porteuses d'un stimulateur cardiaque implanté !

Le four pour la fusion des métaux à la maison peut également être utilisé pour chauffage rapideéléments métalliques, par exemple, lorsqu'ils sont étamés ou formés. Les caractéristiques des installations présentées peuvent être ajustées à une tâche spécifique en modifiant les paramètres de l'inducteur et le signal de sortie des groupes électrogènes - de cette façon, vous pouvez atteindre leur efficacité maximale.

Dans les systèmes, dispositifs et assemblages hydromécaniques, les pièces qui travaillent sur le frottement, la compression, la torsion sont le plus souvent utilisées. C'est pourquoi la principale exigence pour eux est une dureté suffisante de leur surface. Pour obtenir les caractéristiques requises de la pièce, la surface est durcie par un courant haute fréquence (HF).

Dans le processus d'application, le durcissement HDTV s'est avéré être une méthode économique et très efficace de traitement thermique de la surface des pièces métalliques, ce qui donne une résistance à l'usure supplémentaire et haute qualité articles traités.

Le chauffage par des courants à haute fréquence est basé sur le phénomène dans lequel, en raison du passage d'un courant alternatif à haute fréquence à travers un inducteur (un élément en spirale constitué de tubes de cuivre), un champ magnétique se forme autour de celui-ci, créant des courants de Foucault dans une partie métallique, qui provoquent un échauffement du produit durci. Étant exclusivement à la surface de la pièce, ils permettent de la chauffer à une certaine profondeur réglable.

Le durcissement HDTV des surfaces métalliques diffère du durcissement complet standard, qui consiste en une température de chauffage accrue. Cela est dû à deux facteurs. Le premier d'entre eux est qu'à une vitesse de chauffage élevée (lorsque la perlite se transforme en austénite), le niveau de température des points critiques augmente. Et le second - plus la transition de température est rapide, plus la transformation de la surface métallique est rapide, car elle doit se produire en un minimum de temps.

Il convient de dire que, malgré le fait que lors de l'utilisation du durcissement à haute fréquence, le chauffage est provoqué plus que d'habitude, la surchauffe du métal ne se produit pas. Ce phénomène s'explique par le fait que le grain dans la pièce en acier n'a pas le temps d'augmenter, en raison du temps minimum de chauffage à haute fréquence. De plus, du fait que le niveau de chauffage est plus élevé et que le refroidissement est plus intense, la dureté de la pièce après durcissement par HDTV augmente d'environ 2-3 HRC. Et cela garantit la plus haute résistance et fiabilité de la surface de la pièce.

Cependant, il y a un supplément facteur important, qui offre une résistance accrue à l'usure des pièces pendant le fonctionnement. Du fait de la création d'une structure martensitique, des contraintes de compression se forment sur la partie supérieure de la pièce. L'action de ces contraintes se manifeste au plus haut degré à faible profondeur couche durcie.

Installations, matériaux et moyens auxiliaires utilisés pour le durcissement HDTV

Un complexe de trempe haute fréquence entièrement automatique comprend une machine de trempe et des équipements haute fréquence (systèmes de fixation de type mécanique, composants permettant de faire tourner une pièce autour de son axe, mouvement de l'inducteur dans le sens de la pièce, pompes qui alimentent et pompent liquide ou gaz pour le refroidissement, vannes électromagnétiques pour la commutation des liquides ou gaz de travail (eau/émulsion/gaz)).

La machine HDTV vous permet de déplacer l'inducteur sur toute la hauteur de la pièce, ainsi que de faire pivoter la pièce à différents niveaux de vitesse, d'ajuster le courant de sortie sur l'inducteur, ce qui permet de sélectionner le mode correct du processus de durcissement et obtenir une surface uniformément dure de la pièce.

Un schéma de principe d'une installation d'induction HDTV à monter soi-même a été donné.

La trempe par induction à haute fréquence peut être caractérisée par deux paramètres principaux : le degré de dureté et la profondeur de trempe de la surface. Spécifications techniques les installations à induction fabriquées sont déterminées par la puissance et la fréquence de fonctionnement. Pour créer une couche durcie, des appareils de chauffage par induction d'une puissance de 40 à 300 kVA sont utilisés à des fréquences de 20 à 40 kilohertz ou de 40 à 70 kilohertz. S'il est nécessaire de durcir des couches plus profondes, il convient d'utiliser des indicateurs de fréquence de 6 à 20 kilohertz.

La gamme de fréquences est sélectionnée en fonction de la gamme de nuances d'acier, ainsi que du niveau de profondeur de la surface durcie du produit. Il existe une vaste gamme d'ensembles complets d'installations à induction, ce qui permet de choisir une option rationnelle pour un processus technologique particulier.

Les paramètres techniques des machines de trempe automatiques sont déterminés par les dimensions globales des pièces utilisées pour la trempe en hauteur (de 50 à 250 centimètres), en diamètre (de 1 à 50 centimètres) et en poids (jusqu'à 0,5 tonne, jusqu'à 1 tonne , jusqu'à 2 tonnes). Les complexes de trempe, dont la hauteur est de 1500 mm ou plus, sont équipés d'un système électromécanique pour serrer la pièce avec une certaine force.

Le durcissement à haute fréquence des pièces est effectué selon deux modes. Dans le premier, chaque appareil est connecté individuellement par l'opérateur, et dans le second, cela se fait sans son intervention. Le milieu de trempe est généralement de l'eau, des gaz inertes ou compositions polymères ayant des propriétés de conductivité thermique proches de l'huile. Le milieu de durcissement est sélectionné en fonction des paramètres requis du produit fini.

Technologie de durcissement HDTV

Pour les pièces ou surfaces de forme plate de petit diamètre, on utilise une trempe à haute fréquence de type stationnaire. Pour travail réussi l'emplacement de l'appareil de chauffage et de la pièce ne change pas.

Lors de l'utilisation de la trempe haute fréquence séquentielle continue, qui est le plus souvent utilisée lors du traitement de pièces et de surfaces plates ou cylindriques, l'un des composants du système doit se déplacer. Dans un tel cas, soit le dispositif de chauffage se déplace vers la pièce, soit la pièce se déplace sous l'appareil de chauffage.

Pour chauffer exclusivement des pièces cylindriques de petite taille, défilant une fois, on utilise un écrouissage haute fréquence séquentiel continu de type tangentiel.

La structure du métal de la dent d'engrenage, après durcissement par la méthode HDTV

Après chauffage à haute fréquence du produit, son revenu à basse température est effectué à une température de 160-200°C. Cela permet d'augmenter la résistance à l'usure de la surface du produit. Les vacances se font dans des fours électriques. Une autre option est de faire une pause. Pour ce faire, il est nécessaire d'éteindre un peu plus tôt l'appareil qui fournit de l'eau, ce qui contribue à un refroidissement incomplet. La pièce conserve une température élevée, ce qui chauffe la couche durcie à une basse température de revenu.

Après durcissement, un revenu électrique est également utilisé, dans lequel le chauffage est effectué à l'aide d'une installation RF. Pour obtenir le résultat souhaité, le chauffage est effectué à une vitesse inférieure et plus profondément qu'avec le durcissement superficiel. Le mode de chauffage requis peut être déterminé par la méthode de sélection.

Pour améliorer les paramètres mécaniques du noyau et la résistance globale à l'usure de la pièce, il est nécessaire d'effectuer une normalisation et un durcissement volumétrique avec revenu élevé immédiatement avant le durcissement superficiel du HFC.

Portée du durcissement HDTV

Le durcissement HDTV est utilisé dans un certain nombre de procédés technologiques fabrication des pièces suivantes :

  • arbres, essieux et goupilles;
  • engrenages, roues dentées et jantes;
  • dents ou caries;
  • fissures et pièces internes des détails;
  • roues et poulies de grue.

Le plus souvent, la trempe à haute fréquence est utilisée pour les pièces constituées de Acier Carbone contenant un demi pour cent de carbone. Ces produits acquièrent une dureté élevée après durcissement. Si la présence de carbone est inférieure à ce qui précède, une telle dureté n'est plus réalisable et, à un pourcentage plus élevé, des fissures sont susceptibles de se produire lors du refroidissement avec une douche d'eau.

Dans la plupart des situations, la trempe avec des courants haute fréquence permet de remplacer les aciers alliés par des aciers au carbone moins chers. Cela peut s'expliquer par le fait que de tels avantages des aciers avec des additifs d'alliage, tels qu'une trempabilité profonde et une moindre distorsion de la couche de surface, perdent leur importance pour certains produits. Avec le durcissement à haute fréquence, le métal devient plus résistant et sa résistance à l'usure augmente. De la même manière que les aciers au carbone, le chrome, le chrome-nickel, le chrome-silicium et de nombreux autres types d'aciers à faible pourcentage d'additifs d'alliage sont utilisés.

Avantages et inconvénients de la méthode

Avantages de la trempe avec des courants haute fréquence :

  • processus entièrement automatique ;
  • travailler avec des produits de toute forme;
  • manque de suie;
  • déformation minimale ;
  • variabilité du niveau de profondeur de la surface durcie ;
  • paramètres déterminés individuellement de la couche durcie.

Parmi les inconvénients figurent :

  • la nécessité de créer un inducteur spécial pour différentes formes de pièces;
  • difficultés à superposer les niveaux de chauffage et de refroidissement ;
  • coût élevé des équipements.

La possibilité d'utiliser le durcissement avec des courants haute fréquence dans la production individuelle est peu probable, mais dans le flux massique, par exemple, dans la fabrication de vilebrequins, engrenages, bagues, broches, arbres de laminage à froid, etc., durcissement des courants haute fréquence est de plus en plus utilisé.

Le courant haute fréquence est généré dans l'installation grâce à l'inducteur et permet de chauffer le produit placé à proximité immédiate de l'inducteur. La machine à induction est idéale pour le durcissement des produits métalliques. C'est dans l'installation HDTV que vous pouvez programmer clairement : la profondeur de pénétration de chaleur souhaitée, le temps de durcissement, la température de chauffage et le processus de refroidissement.

Pour la première fois, un équipement à induction a été utilisé pour le durcissement après une proposition de V.P. Volodine en 1923. Après de longs essais et tests de chauffage à haute fréquence, il est utilisé pour la trempe de l'acier depuis 1935. Les unités de trempe HDTV sont de loin la méthode la plus productive de traitement thermique des produits métalliques.

Pourquoi l'induction est meilleure pour le durcissement

Le durcissement à haute fréquence des pièces métalliques est effectué pour augmenter la résistance de la couche supérieure du produit aux dommages mécaniques, tandis que le centre de la pièce a une viscosité accrue. Il est important de noter que le noyau du produit lors du durcissement à haute fréquence reste complètement inchangé.
L'installation à induction présente de nombreux avantages très importants par rapport aux autres types de chauffage: si les installations HDTV antérieures étaient plus encombrantes et peu pratiques, cet inconvénient a maintenant été corrigé et l'équipement est devenu universel pour le traitement thermique des produits métalliques.

Avantages de l'équipement à induction

L'un des inconvénients de la machine de trempe par induction est l'incapacité de traiter certains produits de forme complexe.

Variétés de durcissement des métaux

Il existe plusieurs types de trempe des métaux. Pour certains produits, il suffit de chauffer le métal et de le refroidir immédiatement, tandis que pour d'autres il faut le maintenir à une certaine température.
Il existe les types de durcissement suivants :

  • Durcissement stationnaire : utilisé, en règle générale, pour les pièces qui ont une petite surface plane. La position de la pièce et de l'inducteur lors de l'utilisation de cette méthode de durcissement reste inchangée.
  • Durcissement continu-séquentiel : utilisé pour le durcissement de produits cylindriques ou plats. Avec le durcissement continu-séquentiel, la pièce peut se déplacer sous l'inducteur, ou elle garde sa position inchangée.
  • Trempe tangentielle des pièces : excellente pour l'usinage de petites pièces de forme cylindrique. Le durcissement tangentiel continu-séquentiel fait défiler le produit une fois pendant tout le processus de traitement thermique.
  • Une unité de durcissement HDTV est un équipement capable de durcir un produit de haute qualité tout en économisant les ressources de production.

Le chauffage par induction est une méthode de chauffage sans contact par des courants haute fréquence (eng. RFH - chauffage par radiofréquence, chauffage par ondes radiofréquence) de matériaux électriquement conducteurs.

Description de la méthode.

Le chauffage par induction est le chauffage de matériaux par des courants électriques induits par un champ magnétique alternatif. Il s'agit donc du chauffage de produits en matériaux conducteurs (conducteurs) par le champ magnétique d'inducteurs (sources d'un champ magnétique alternatif). Le chauffage par induction est effectué comme suit. Une pièce électriquement conductrice (métal, graphite) est placée dans ce que l'on appelle l'inducteur, qui est un ou plusieurs tours de fil (le plus souvent en cuivre). Des courants puissants de différentes fréquences (de quelques dizaines de Hz à plusieurs MHz) sont induits dans l'inducteur à l'aide d'un générateur spécial, à la suite de quoi un champ électromagnétique apparaît autour de l'inducteur. Le champ électromagnétique induit des courants de Foucault dans la pièce. Les courants de Foucault chauffent la pièce sous l'action de la chaleur Joule (voir la loi Joule-Lenz).

Le système inductance-vide est un transformateur sans noyau dans lequel l'inductance est l'enroulement primaire. La pièce est un enroulement secondaire court-circuité. Le flux magnétique entre les enroulements se ferme dans l'air.

À haute fréquence, les courants de Foucault sont déplacés par le champ magnétique formé par eux dans de fines couches superficielles de la pièce Δ ​​(effet de surface), à ​​la suite de quoi leur densité augmente fortement et la pièce est chauffée. Les couches sous-jacentes du métal sont chauffées en raison de la conductivité thermique. Ce n'est pas le courant qui est important, mais la haute densité de courant. Dans la couche de peau Δ, la densité de courant diminue d'un facteur e par rapport à la densité de courant à la surface de la pièce, tandis que 86,4 % de la chaleur est libérée dans la couche de peau (du dégagement de chaleur total. La profondeur de la couche de peau dépend de la fréquence de rayonnement : plus la fréquence est élevée, plus la couche de peau est fine Elle dépend également de la perméabilité magnétique relative μ du matériau de la pièce.

Pour le fer, le cobalt, le nickel et les alliages magnétiques à des températures inférieures au point de Curie, μ a une valeur de plusieurs centaines à des dizaines de milliers. Pour les autres matériaux (fonds fondus, métaux non ferreux, eutectiques liquides à bas point de fusion, graphite, électrolytes, céramiques conductrices d'électricité, etc.), μ est approximativement égal à un.

Par exemple, à une fréquence de 2 MHz, la profondeur de peau pour le cuivre est d'environ 0,25 mm, pour le fer ≈ 0,001 mm.

L'inducteur devient très chaud pendant le fonctionnement, car il absorbe son propre rayonnement. De plus, il absorbe le rayonnement thermique d'une pièce chaude. Ils fabriquent des inducteurs à partir de tubes de cuivre refroidis par de l'eau. L'eau est fournie par aspiration - cela garantit la sécurité en cas de brûlure ou autre dépressurisation de l'inducteur.

Application:
Fusion, brasage et soudage de métaux ultra-propres sans contact.
Obtention de prototypes d'alliages.
Pliage et traitement thermique de pièces de machines.
Commerce de bijoux.
Usinage de petites pièces qui peuvent être endommagées par la flamme ou le chauffage à l'arc.
Durcissement superficiel.
Trempe et traitement thermique de pièces de forme complexe.
Désinfection des instruments médicaux.

Avantages.

Chauffage ou fusion à grande vitesse de tout matériau électriquement conducteur.

Le chauffage est possible sous atmosphère de gaz protecteur, en milieu oxydant (ou réducteur), dans un liquide non conducteur, sous vide.

Chauffage à travers les parois d'une chambre de protection en verre, ciment, plastique, bois - ces matériaux absorbent très faiblement le rayonnement électromagnétique et restent froids pendant le fonctionnement de l'installation. Seuls les matériaux électriquement conducteurs sont chauffés - métal (y compris fondu), carbone, céramique conductrice, électrolytes, métaux liquides, etc.

En raison des forces MHD émergentes, le métal liquide est intensément mélangé, jusqu'à le maintenir en suspension dans l'air ou le gaz protecteur - c'est ainsi que l'on obtient des alliages ultra-purs en petites quantités (fusion par lévitation, fusion dans un creuset électromagnétique).

Le chauffage étant réalisé au moyen d'un rayonnement électromagnétique, il n'y a pas de pollution de la pièce par les produits de combustion de la torche dans le cas d'un chauffage à flamme gazeuse, ni par le matériau d'électrode dans le cas d'un chauffage à l'arc. Placer les échantillons dans une atmosphère de gaz inerte et une vitesse de chauffage élevée éliminera la formation de tartre.

Facilité d'utilisation grâce à la petite taille de l'inducteur.

L'inducteur peut être réalisé dans une forme spéciale - cela permettra de chauffer uniformément des pièces d'une configuration complexe sur toute la surface, sans entraîner leur déformation ou leur non-échauffement local.

Il est facile de réaliser un chauffage local et sélectif.

Étant donné que le chauffage le plus intense se produit dans les fines couches supérieures de la pièce et que les couches sous-jacentes sont chauffées plus doucement en raison de la conductivité thermique, la méthode est idéale pour le durcissement superficiel des pièces (le noyau reste visqueux).

Automatisation facile des équipements - cycles de chauffage et de refroidissement, contrôle et maintien de la température, alimentation et retrait des pièces.

Unités de chauffage par induction :

Sur les installations avec une fréquence de fonctionnement allant jusqu'à 300 kHz, des onduleurs sur assemblages IGBT ou transistors MOSFET sont utilisés. De telles installations sont conçues pour chauffer de grandes pièces. Pour chauffer de petites pièces, des hautes fréquences sont utilisées (jusqu'à 5 MHz, la gamme des ondes moyennes et courtes), des installations haute fréquence sont construites sur des tubes électroniques.

De plus, pour chauffer de petites pièces, des installations haute fréquence sont construites sur des transistors MOSFET pour des fréquences de fonctionnement allant jusqu'à 1,7 MHz. Le contrôle et la protection des transistors à des fréquences plus élevées présentent certaines difficultés, de sorte que les réglages de fréquences plus élevées sont encore assez coûteux.

L'inductance pour chauffer de petites pièces a une petite taille et une faible inductance, ce qui entraîne une diminution du facteur de qualité du circuit oscillant de travail aux basses fréquences et une diminution de l'efficacité, et présente également un danger pour l'oscillateur maître (le facteur de qualité du circuit oscillant est proportionnel à L / C, circuit oscillatoire avec un faible facteur de qualité est trop "pompé" en énergie, forme un court-circuit le long de l'inductance et désactive l'oscillateur maître). Pour augmenter le facteur de qualité du circuit oscillant, deux moyens sont utilisés :
- augmentation de la fréquence de fonctionnement, ce qui conduit à la complexité et au coût de l'installation ;
- l'utilisation d'inserts ferromagnétiques dans l'inducteur ; coller l'inducteur avec des panneaux de matériau ferromagnétique.

Étant donné que l'inducteur fonctionne le plus efficacement à des fréquences élevées, le chauffage par induction a reçu une application industrielle après le développement et le début de la production de lampes génératrices puissantes. Avant la Première Guerre mondiale, le chauffage par induction était d'une utilité limitée. À cette époque, des générateurs de machines à haute fréquence (œuvres de V.P. Vologdin) ou des installations à décharge par étincelle étaient utilisés comme générateurs.

Le circuit générateur peut en principe être quelconque (multivibrateur, générateur RC, générateur à excitation indépendante, divers générateurs de relaxation) fonctionnant sur une charge sous la forme d'une bobine d'inductance et ayant une puissance suffisante. Il faut aussi que la fréquence d'oscillation soit suffisamment élevée.

Par exemple, pour "couper" un fil d'acier de 4 mm de diamètre en quelques secondes, il faut une puissance oscillatoire d'au moins 2 kW à une fréquence d'au moins 300 kHz.

Le schéma est sélectionné selon les critères suivants : fiabilité ; stabilité aux fluctuations; stabilité de la puissance libérée dans la pièce; facilité de fabrication; facilité d'installation; nombre minimum de pièces pour réduire les coûts ; l'utilisation de pièces qui au total permettent une réduction du poids et des dimensions, etc.

Pendant de nombreuses décennies, un générateur inductif à trois points (générateur Hartley, générateur à autotransformateur) a été utilisé comme générateur d'oscillations à haute fréquence. retour d'information, circuit sur un diviseur de tension à boucle inductive). Il s'agit d'un circuit d'alimentation parallèle auto-excité pour l'anode et d'un circuit sélectif en fréquence réalisé sur un circuit oscillant. Il a été utilisé avec succès et continue d'être utilisé dans les laboratoires, les ateliers de joaillerie, entreprises industrielles, ainsi qu'en pratique amateur. Par exemple, pendant la Seconde Guerre mondiale, un durcissement superficiel des rouleaux du char T-34 a été effectué sur de telles installations.

Inconvénients de trois points :

Faible efficacité (moins de 40% lors de l'utilisation d'une lampe).

Une forte déviation de fréquence au moment du chauffage des pièces en matériaux magnétiques au-dessus du point de Curie (≈700С) (changements de μ), qui modifie la profondeur de la couche de peau et modifie de manière imprévisible le mode de traitement thermique. Lors du traitement thermique de pièces critiques, cela peut être inacceptable. De plus, les installations RF puissantes doivent fonctionner dans une gamme étroite de fréquences autorisées par Rossvyazokhrankultura, car avec un mauvais blindage, elles sont en fait des émetteurs radio et peuvent interférer avec la télévision et la radiodiffusion, les services côtiers et de sauvetage.

Lorsque les blancs sont changés (par exemple, de plus petits à plus grands), l'inductance du système inducteur-blanc change, ce qui entraîne également une modification de la fréquence et de la profondeur de la couche de peau.

Lors du changement d'inducteurs à un tour en inducteurs à plusieurs tours, en plus grands ou plus petits, la fréquence change également.

Sous la direction de Babat, Lozinsky et d'autres scientifiques, des circuits générateurs à deux et trois circuits ont été développés qui ont un rendement plus élevé (jusqu'à 70%) et conservent également mieux la fréquence de fonctionnement. Le principe de leur action est le suivant. En raison de l'utilisation de circuits couplés et de l'affaiblissement de la connexion entre eux, une modification de l'inductance du circuit de travail n'entraîne pas une forte modification de la fréquence du circuit de réglage de fréquence. Les émetteurs radio sont construits selon le même principe.

Les générateurs haute fréquence modernes sont des onduleurs basés sur des assemblages IGBT ou de puissants transistors MOSFET, généralement fabriqués selon le schéma en pont ou en demi-pont. Fonctionne à des fréquences jusqu'à 500 kHz. Les grilles des transistors sont ouvertes à l'aide d'un système de contrôle à microcontrôleur. Le système de contrôle, en fonction de la tâche, vous permet de tenir automatiquement

A) fréquence constante
b) puissance constante libérée dans la pièce
c) efficacité maximale.

Par exemple, lorsqu'un matériau magnétique est chauffé au-dessus du point de Curie, l'épaisseur de la couche de peau augmente fortement, la densité de courant diminue et la pièce commence à s'échauffer davantage. Les propriétés magnétiques du matériau disparaissent également et le processus d'inversion de magnétisation s'arrête - la pièce commence à s'échauffer davantage, la résistance de charge diminue brusquement - cela peut entraîner "l'espacement" du générateur et sa défaillance. Le système de contrôle surveille la transition par le point de Curie et augmente automatiquement la fréquence avec une diminution brutale de la charge (ou réduit la puissance).

Remarques.

L'inducteur doit être placé le plus près possible de la pièce si possible. Cela augmente non seulement la densité du champ électromagnétique à proximité de la pièce (proportionnellement au carré de la distance), mais augmente également le facteur de puissance Cos(φ).

L'augmentation de la fréquence réduit considérablement le facteur de puissance (proportionnellement au cube de la fréquence).

Lorsque les matériaux magnétiques sont chauffés, une chaleur supplémentaire est également libérée en raison de l'inversion de l'aimantation ; leur chauffage au point de Curie est beaucoup plus efficace.

Lors du calcul de l'inducteur, il est nécessaire de prendre en compte l'inductance des pneus menant à l'inducteur, qui peut être bien supérieure à l'inductance de l'inducteur lui-même (si l'inducteur est réalisé sous la forme d'un seul tour d'un petit diamètre ou même une partie d'un tour - un arc).

Il existe deux cas de résonance dans les circuits oscillants : la résonance de tension et la résonance de courant.
Circuit oscillant parallèle - résonance des courants.
Dans ce cas, la tension sur la bobine et sur le condensateur est la même que celle du générateur. À la résonance, la résistance du circuit entre les points de branchement devient maximale et le courant (I total) à travers la résistance de charge Rn sera minimal (le courant à l'intérieur du circuit I-1l et I-2s est supérieur au courant du générateur) .

Idéalement, l'impédance de boucle est infinie - le circuit ne tire aucun courant de la source. Lorsque la fréquence du générateur change dans n'importe quelle direction à partir de la fréquence de résonance, l'impédance du circuit diminue et le courant linéaire (Itotal) augmente.

Circuit oscillant série - résonance de tension.

La principale caractéristique d'un circuit résonnant en série est que son impédance est minimale à la résonance. (ZL + ZC - minimum). Lorsque la fréquence est accordée à une valeur supérieure ou inférieure à la fréquence de résonance, l'impédance augmente.
Sortir:
Dans un circuit parallèle à la résonance, le courant à travers les fils du circuit est nul et la tension est maximale.
Dans un circuit en série, l'inverse est vrai - la tension tend vers zéro et le courant est maximum.

L'article a été extrait du site http://dic.academic.ru/ et retravaillé dans un texte plus compréhensible pour le lecteur par la société LLC Prominduktor.

Partager