Використання зварювального інвертора для індукційного підігріву

Abstract

Індукційне нагрівання є прогресивним методом обробки матеріалів для надання їм спеціальних те-хнологічних властивостей. Широко відоме індукційне загартування циліндричних деталей після хімі-ко-термічної обробки: цементація, азотування, азотонавуглецювання тощо. Такий вид обробки до-зволяє по-перше, суттєво прискорити процес нагрівання заготовки під загартування, по-друге, реа-лізувати ще одну перевагу: під дією високочастотного магнітного поля вихрові струми неглибоко проникають у поверхневі шари деталі. Таким чином, зміцнюється тільки поверхневий шар заготовки, глибинні шари не зазнають змін й зберігають свої в’язко-пластичні характеристики. Це сприяє під-вищенню не тільки зносостійкості деталі, але й зберігає пластичність, що збільшує опір ударно-динамічним навантаженням. Проте, попри всі переваги індукційного нагрівання, устаткування для його здійснення досить складне і громіздке. Та й вартість його така, що не всі виробничі майстерні і дільниці, найчастіше, можуть собі його дозволити. Метою цієї роботи є застосування зварювального інвертора, після відповідного перероблення, для використання в технологічних процесах загартування і розплавлю-вання легкоплавких металів (алюміній, цинк, припої і т.д.). Одночасно із цим поставлено завдання збереження функцій зварювального інвертора як джерела для виконання зварювальних робіт. З метою адаптації зварювального інвертора під виконання завдання індукційного нагрівання зі збереженням функції зварювання в блоці керування виконано деякі маніпуляції: перекомутована мікро-схема ШІМ (широтно-імпульсна модуляція) контролер, доданий тумблер перемикання режиму робо-ти: індукційне нагрівання — зварювальне джерело струму, додано змінний резистор регулювання частоти інвертора для одержання резонансу паралельного контуру індуктор—батарея конденсато-рів і відповідно максимуму енергії, що віддається. До того ж, для оптимізації процесу високочастот-ного нагрівання змонтовано зовнішній блок, у якому розміщуються трансформатори і батарея резо-нансних конденсаторів. У результаті отримана установка для виконання робіт із загартування деталей і плавлення ме-талів, що має достатній запас потужності, а це й дозволяє швидко здійснювати індукційне нагріван-ня. При цьому, вартість самого інверторного джерела струму і застосованих комплектуючих значно дешевше, ніж вартість стандартної промислової установки.

Induction heating is an advanced method of materials processing in order to attain special processing characteristics. Induction hardening of cylindrical parts after thermochemical treatment is widely known: carburization, nitride hardening, carbonitriding, etc. That sort of processing helps, firstly, to significantly speed up the heating process of hardening billet, and secondly, to use another advantage : by the action of high-frequency magnetic field eddy currents shallowly penetrate into the billet’s surface layers. As a result of this process, only the billet’s surface layer is being hardened, while interior layers do not undergo hardening and save their viscous-plastic specifications. This helps to increase not only the wear resistance of the part, but also retains its plasticity, which allows it to resist shock dynamic loads. However, in spite of all the advantages of induction heating, the processing equipment is quite complicated and bulky. And besides its cost is such high, that far from every workshop and manufacturing site can afford it. The purpose of this study is the application of the welding inverter, after appropriate modifications, for using in the tech-nological processes of hardening and melting of fusible metals (aluminum, zinc, solders, etc.). Concurrently there was set a task to retain the function of welding inverter as welding power supply. In order to customize the welding inverter to the task of induction heating without sacrificing welding function, some ad-justments were performed in the control unit: – rewiring of PWM controller chip; – adding of operation mode switch: “induction heating–welding power supply”; – adding of frequency control potentiometer of the inverter to obtain the parallel resonance: “inductor–capacitor battery”, and thus ensure maximum of supplied energy. Furthermore, to optimize the high-frequency heating process, external unit was installed , it houses transformers and a battery of resonant capacitors. The resulting facility processes the parts hardening and metals melting, has ample power reserve and allows to perform induction heating rapidly. At the same time, the cost of the inverter power supply and applied components is much cheaper, than the cost of a standard industrial unit.