Мощность, поглощаемая проводящей средой при высокочастотном нагреве

Электромагнитная сила. На проводящие тела в электромагнитном поле воздействуют электромагнитные силы, которые возникают за счет взаимодействия токов проводимости и токов намагниченности с магнитным полем.

Изменение свойств различных металлов при изменении температуры и напряженности магнитного поля.

Распределение тока в материале токопроводов и нагреваемой детали, а также мощности существенно зависит от свойств материала – магнитной проницаемости и удельного электрического сопротивления. Магнитная проницаемость материала определяется температурой и напряженностью магнитного поля, а удельное электрическое сопротивление – температурой и напряженностью магнитного поля, а удельное электрическое сопротивление – температурой.

Электрическое сопротивление металлов с ростом температуры возрастает (табл.1.3). Для ферромагнитных материалов наибольшее изменение электрического сопротивления происходит при температуре точки Кюри.

Электромагнитная сила, возникающая при взаимодействии токов проводимости с магнитным полем, стремится переместить проводящее тело с током из зоны с большей напряженностью в зону с меньшей, а также сблизить проводники, если разность фаз токов равна нулю, и раздвинуть их при разности фаз 180⁰. При сварке электромагнитная сила выбрасывает расплавленный металл из V- образной щели, оказывая влияние на качество сварки.

При взаимодействии токов намагничивания (ферромагнитный материал) с магнитным полем электромагнитная сила стремится переместить тело в зону с наибольшей напряженности магнитного поля. При этом мельчайшие частицы окалины, попадающие в воздух цеха с поверхности деформируемого и нагреваемого ферромагнитного материала, а также стружка и заусенцы притягиваются к индуктору, нагреваются в его поле до температуры точки Кюри и могут вывести из строя его изоляцию.

Напряженность магнитного поля на поверхности проводника и его свойства определяют мощность, поглощаемую проводящей средой.

При нагреве изделий из проводящего материала обычно учитывается только электроэнергия, выделившаяся за счет индуктируемых в изделиях токов. Энергия, выделяемая за счет потерь на гистерезис, весьма мала и ее пренебрегают. При рассмотрении нагрева ТВЧ стали до температуры, превышающей температуру магнитных превращений, целесообразно выделить три основных периода нагрева.

В начальный период нагрева, называемый холодным режимом, удельное электрическое сопротивление может быть принято постоянным по всему сечению и равным среднему. Обычно расчет ведется для нагрева до температуры поверхности Т₀=600¸650⁰С, при которой в среднем r=(0,60¸0,65)10^-6Ом×м.

Магнитная проницаемость в любой точке сечения определяется по кривой намагничивания в зависимости от действующего значения первой гармоники напряженности магнитного поля.

В следующий период (промежуточный режим) на поверхности нагреваемой детали имеется слой толщиной х_н, который прогрет до температуры выше температуры точки Кюри. Температура остального сечения ниже этой температуры и постепенно понижается при удалении от поверхности. В слое х_н относительная магнитная проницаемость постоянна и равна единице. На границе зон, нагретой до температуры точки Кюри и холодной, m изменяется скачком. В холодной зоне m определяется по кривой намагниченности. Удельное электрическое сопротивление переменно во всем исследуемом объеме.

Третий период нагрева называется горячим режимом. При этом считается, что все сечение детали нагрето до температуры выше точки Кюри, r и m постоянны. Практически это надо принять, если х_н >>2D [45], где D_н - горячая глубина проникновения. При рассмотрении нагрева неферромагнитных материалов, имеющих постоянную относительную магнитную проницаемость, учитывают только один период нагрева, характеризующийся постоянными значениями r и m. Значение r выбирается средним для всего периода нагрева.

Холодный режим. При нагреве изделия ТВЧ напряженность магнитного поля на поверхности значительно превосходит критическую, при которой магнитная проницаемость достигает максимума. Поэтому поверхностные слои изделия находятся в состоянии магнитного насыщения. С увеличением глубины амплитуда напряженности магнитного поля уменьшается.

Промежуточный режим. При этом режиме в нагреваемом изделии имеются два резко разграниченных слоя. На границе слоев магнитная проницаемость изменяется скачком от m - 1 в поверхностном слое толщиной х_н<1,5 D_н до m=m₂ во втором слое в пределах которого она изменяется с падением напряженности магнитного поля.

Дата добавления: 2014-12-24