Facultatea de Inginerie Electrică BARBU Alexandra-Rodica Lab. Metode si Procedee Tehnologice ru!a """A Anul IA
Tehno 6 Procesul tehnologic de încălzire prin Inducţie Electromagnetice
"
I.NOTIUNI DE BAZA
Inductanţa este o #ări#e care caracteri$ea$ă !roducerea %eno#enului de inducţie electromagnetică circuit electric' egală cu ra!ortul dintre electromagnetică &ntr-un circuit fuxul magnetic ( ce străbate un circuit )i intensitatea curentului electric ce !roduce acest %lux. Unitatea de #ăsura &n *I este henr+,. /acă %luxul ( este !rodus de curentul electric ce străbate circuitul considerat' L se nu#e)te nu#e )te inductan0ă !ro!rie ,sau coe1cient de autoinduc0ie' iar dacă 2uxul este !rodus de un alt circuit' se nu#e)te inductan0ă #utuală ,sau coe1cient de induc0ie #utuală.
I34AL5IREA PRI3 I3/U4TIE
Incal$irea !rin inductie electro#agnetic are la ba$a e%ectul e%e ctul 67ULE al curentilor indusi' ca ur#are a !atrunderii ca#!ului electro#agnetic intr-o !iesa conductoare situate intr-un ca#! #agnetic 8ariabil in ti#!.,cu!tor cu re$istenta' inductor' generator9:;<=. Incal$irea !rin inductie este !rocesul de incal$ire !rin care in !iesa de lucru caldura este !rodusa !rin curentii electrici ce a!ar in !iesa datorita inductiei electro#agnetice. Acest !roces de incal$ire se !oate a!lica nu#ai in ca$ul #aterialelor bune conducatoare de electricitate. Incal$irea !rin inductie o%era !osibilitatea incal$irii' in ti#! scurt' la te#!eraturi in >urul !unctului de to!ire' a su!ra%etei sau a intregii sectiuni trans8ersale a !ieselor de1nite ca subtiri. ?aloarea ?aloarea curentului Indus se reduce cu distanta de !atrundere x in !iesa de lucru con%or# %unctiei@
(-x/∂) Ix
=
I! "
"
I.NOTIUNI DE BAZA
Inductanţa este o #ări#e care caracteri$ea$ă !roducerea %eno#enului de inducţie electromagnetică circuit electric' egală cu ra!ortul dintre electromagnetică &ntr-un circuit fuxul magnetic ( ce străbate un circuit )i intensitatea curentului electric ce !roduce acest %lux. Unitatea de #ăsura &n *I este henr+,. /acă %luxul ( este !rodus de curentul electric ce străbate circuitul considerat' L se nu#e)te nu#e )te inductan0ă !ro!rie ,sau coe1cient de autoinduc0ie' iar dacă 2uxul este !rodus de un alt circuit' se nu#e)te inductan0ă #utuală ,sau coe1cient de induc0ie #utuală.
I34AL5IREA PRI3 I3/U4TIE
Incal$irea !rin inductie electro#agnetic are la ba$a e%ectul e%e ctul 67ULE al curentilor indusi' ca ur#are a !atrunderii ca#!ului electro#agnetic intr-o !iesa conductoare situate intr-un ca#! #agnetic 8ariabil in ti#!.,cu!tor cu re$istenta' inductor' generator9:;<=. Incal$irea !rin inductie este !rocesul de incal$ire !rin care in !iesa de lucru caldura este !rodusa !rin curentii electrici ce a!ar in !iesa datorita inductiei electro#agnetice. Acest !roces de incal$ire se !oate a!lica nu#ai in ca$ul #aterialelor bune conducatoare de electricitate. Incal$irea !rin inductie o%era !osibilitatea incal$irii' in ti#! scurt' la te#!eraturi in >urul !unctului de to!ire' a su!ra%etei sau a intregii sectiuni trans8ersale a !ieselor de1nite ca subtiri. ?aloarea ?aloarea curentului Indus se reduce cu distanta de !atrundere x in !iesa de lucru con%or# %unctiei@
(-x/∂) Ix
=
I! "
"
unde@ I! este curentul la su!ra%ata !iesei ' ∂ indica adinci#ea s!eci1ca de !atrundere' a care curentul scade la 8aloarea I;ex!,-". Adinci#ea de !atrundere scade cu cresterea %rec8entei . In %unctie de !uterea P si ti#!ul de incal$ire t' !iesa de lucru !oate 1 incal$ita cu cresterea te#!eraturii CT dorita @ C# D D PEt /4EM
unde@ 4 - este caldura s!eci1ca a #aterialului M- #asa #aterialuiui ce trebuie incal$it.
/o#eniul de a!licare se extinde de la !rocese de uscare' li!ire' calire si %or#are %or#are la cald !ina' la to!ire si sinteri$are.
Intrucit reactanta inducti8e a inductorului' sub sarcina cu !iesa de incal$it' este %oarte #are co#!arati8 cu re$istenta lui e%ecti8a' in ca$ul instalatiilor de >oasa si #edie %rec8enta' bobinele de inductie sint co#!ensate !ana la cos G " !rin condensatoare. /eci trans%or#atoarele'generatoarele de #edie %rec8enta' a!arata>ul de co#utatie si cablurile de conexiune din circuitul de ali#entare se di#ensionea$a nu#ai !entru !uterea de Iucru. In ca$ul oscilatoarelor de #are %rec8enta' aceste condensatoare %ac !orte co#!onenta din circuitul oscilant si deci sint incluse in generatorul generatorul de inalta %rec8enta. Incal$irea electrica !oate 1 a!licata cu a8anta>e econo#ice nu#ai acolo unde dia- #etrul si lungi#ea !iesei sint de H'9 ori' res!ecti8 '9 ori #ai #ari decit adinci#ea de !atrundere s!eci1ca. In !rocesele de incal$ire !rin inductie se utili$ea$a surse de %rec8enta 8ariabila'in %unctie de di#ensiunile #aterialului !iesei si de !rogra#ul necesar de incal$ire. .
Instalatii cu frecventa industriala
Inductorul este conectat 1e direct' 1e !rin trans%or#ator la sursa de !utere !rintr-o conexiune #ono sau tri%a$ata. In #ulte ca$uri' bobina de inductie #ono%a$ata este co#!ensate si#etric cu bobine de i#!edanta si condensatoare. In ca$ul unor !uteri #ici absorbite se !oate renunta la trans%or#atoarele inter#ediare si la condensatoarele de co#!ensare.
/o#enii de a!licareJ incal$irea #etalelor si !ieselor #arl de otel si to!ire !rin inductie.
Instalatii de edie frecventa
4urentul de #edie %rec8enta este obtinut dintr-un con8erti$or rotati8 sau un #utator static de %rec8enta !roiectat !entru o %rec8enta bine deter#inata. Partea electrica a sche#ei include con8erti$orul #ecanic de curent ,ce %oloseste un
#otor asincron de actionare' a!arata>ul electric si bateria de condensatoare. 3u#arul de !oli ai generatorului !entru o turatie dinainte stabilita deter#ina %rec8enta generatorului ,con8erti$orului care !entru %rec8enta !este " K$ lucrea$a !e !rinci!iul ci#!ului unidirectional 8ariabil. In acest sco! se utili$ea$a rotoare canelate' !entru a se #odi1ca in ti#! !rin caneluri reluctanta #agnetica a intre1erului cu %rec8enta dorita' #odulindu-se ast%el 2uxul #agnetic stabili$at. Masinile care lucrea$a !e acest !rinci!iu *int #asinile ho#o !olare cu bobina> de excitatie inelar' generatoarele Loren$ si U.
!ondensatoarele sunt "roiectate s"ecial "entru tensiunea si frecventa i"usa.
H
Puterea absorbita este a!roxi#ati8 de ..."9 ori !uterea debitata de generatorul de #edie %rec8enta. /ensitatea !uterii debitate1ind ridicata' bateria de condensatoare !oate 1 #ica.
Pierderile de caldura care re$ulta sint !reluate !rintro racire su!li#entara ,!rin introducerea de aer din a%ara sau de lichid de racire sau se reduc la #ini#u# !rin utili$area unui #aterial s!ecial a8ind !ierderi #ici dielectrice ,*t+ro2ex. A!arata>ul electric include a!aratele necesare !entru #ane8ra !entru co#anda' su!ra8eghere si dace este necesar' !entru reglarea utila>ului. La instalatii #ici' toate ele#entele de #ane8ra si condensatoarele sint #ontate in celule. Trebuie a8ut gri>a ca la rea#!lasarea cablurilor de %orta toate legaturile si in s!ecial cele de la condensatoare' sa 1e cat se !oate de bine %erite de ci#!uri de inductie.
/i#ensiunile ti#!urilor standardi$ate de con8erti$oare de curent continuu sunt@
- con8erti$oare rotati8e
#$ K$'
"9 - ;; K= J
K$'
9 - 9; K=J
" K$'
9; - ;;; K= @
9;; $'
;; - H;;; K=.
- #utatoare statice de %rec8enta@
9;; - ;;; $ J M;; - ;;; K=.
/o#eniul de a!licare@incal$irea !entru %or>are' !resare' la#inare' nor#ali$are' sudare' calire si to!irea !rin inductie.
Instalatiile de inalta frecventa
Aceste instalatii !roduc inalta %rec8enta !rin oscilatoare cu tu%uri autoexcitate' cu un singur eta>. Inductanta circuitului oscilant de inalta' %rec8enta consta de regula din in%asurarea !ri#ara a trans%or#atorului de iesire de inalta %rec8enta. Tensiunea este data de redresorul de inaite tensiune' inglobat. Radiatia de energie de inalta %rec8enta trebuie #entinuta la un ni8el redus. 4aracteristicile ti!urilor standardi$ate de ast%el de generatoare *int ur#atoarele@
Frec8enta@ H;; 9;; K$. Putere @ H; - "9; K=,in ca$uri s!eciale !ina la N;; K= J Frec8enta@ 9;; - 9;; K$. Putere @
#
- H; K=.
?ariatia cu te#!eratura a caracteristicilor electrice ale !iesei este co#!ensata !rin 8ariatia %rec8entei atit in ca$ul con8erti$oarelor statice de #edie %rec8enta cit ca$ul generatoarelor de inalta %rec8enta. /o#enii de a!licare @ incal$irea !artiala' de exe#!lu !entru calire' sudare' recoacere
9
Inductorul "entru incal&ire
Acesta este in general ada!tat %or#ei su!ra%etei !iesei ,de exe#!lu @ inductor inelar' inductor de su!ra%ata' sau inductor ti! ac. 4onectarea la sursa de ali#entare' in ca$ul calirii' in #a>oritatea ca$urilor se reali$ea$a !rintr-un trans%or#ator. Uneori inductorul este echi!at cu bobine de scurtcircuitare din 1er ,din tabla la#inata' in ca$ul %rec8entei industriale si #edii sau din #ateriale din %erita' in ca$ul %rec8entelor inalte. Inductoarele in %or#a de bara cu o singura in%asurare !ot 1 di%erite in ceea ce !ri8este lati#ea neta ' !utindu-se ada!ta la o ga#a larga de !iese. Inductorul !entru incal$ire este reali$at in cele #ai #ulte ca$uri din cu!ru' iar datorita densitatilor #ari de curent se !re8ede a!a de racire su!li#entara !rin conducte de a!a.
Dis"o&itive ecanice ane'e
*e utili$ea$a dis!o$iti8e s!eciale !entru trans!ortul !ieselor de incal$it ,inclu$ind introducerea' extractia si racirea !iesei. Acestea' i#!reuna cu inductorul !entru incal$ire' %or#ea$a instalatia de incal$ire !rin inductie ,cunoscuta si sub nu#ele de cu!tor cu inductie' #asina de
sudat auto#ata sau de calire auto#ata. Instalatia !oate 1 incor!orata intr-o linie de !roductie ,auto#ata sau neauto#ata cu a>utorul unor dis!ositi8e s!eciale.
Avanta(ele "rocesului de incal&ire "rin inductie
:
Incal$irea %ara contact ,%ara a!licarea din exterior a unor electro$i' incal$irea directa a !ieselor ,%ara sursa exterioara de caldura' oxidare #ini#a' calitate uni%or#a a #aterialului !relucrat' ti#! #ini# necesar !entru !regatirea instalatiei !entru' lucru' reglare ra!ida' #unca curata si neinse#nate deran>a#ente datorite radiatiei ter#ice. Incal$irea !rin inductie %olosita la de%or#area la cald' recoacere' to!ire si sinteri$are. *e %olosesc in #od obisnuit instalatii de %rec8enta #edie si industrialaJ #ai rar inalta %rec8enta. Piesa de !relucrat !oate 1 #entinuta !e toata. durata trata#entului ter#ic in dis!o$iti8ul de incal$ire ,incal$ire
statica sau !oate 1 de!lasata de-a lungul instalatiei de incal$it ,incal$ire cu !iesa #obila' ca de exe#!lu in ca$ul barelor' te8ilor ' sir#elor sau al taglelor sau blocurilor de otel ,incal$ire !e !ortiuni.
Intrucit curentul indus incal$este direct su!ra%ata #aterialului su!us trata#entului ti#!ul de incal$ire al otelului este considerabil #ai sca$ut decit in ca$ul unei incal$iri indirecte. Printr-o !roiectare adec8ata a dis!o$itiei bobinelor inductoare' in cea #ai #are !arte din ca$uri este !osibil sa se obtina a o incal$ire nu#ai in anu#ite !ortiuni ,incal$ire !artiala.
Prin aceasta se obtine e1cienta cit si ti#! de incal$ire con8enabile . Pentru obtinerea unor ba8uri #ini#e si unor !ierderi !rin radiatie ter#ica sca$ute se utili$ea$a instalatii de %rce8ente cit #ai >oase . Ti#!ul #ini# de incal$ire este in %unctie de di#ensiunile !iesei' conductibilitatea ter#ica si ra!ortul dintre adinci#ea de !atrundere si dia#etrul !iesei de lucru. Bobinele de inductie trebuie sa aiba o lungi#e su1cienta !entru a se asigara o incal$ire adec8ata si satis%acatoare in !ro%un$i#e ,de la su!ra%ata !ina in #ie$ul !iesei . ?ite$a de trans!ort sau ciclul de o!eratii se ada!tea$a la 8ite$ele de lucru ale ben$ii !roductie sau ale !resei de %or>are.
N
)uterea a%sor%ita
Puterea absorbita de la reteaua de ali#entare este in %unctie de te#!eratura de regi#' de greutatea #aterialuluiOcare strabate instalatia si de !ro!rietatile #aterialulul ce ur#ea$a a 1 incal$it. Randa#entul inductorului 8aria$a in acest ca$ intre ; si ;Q de!in$ind
de #aterialul res!ecti8. /e regula este necesara o !utere de inductie de H;;-;; K= !entru a incal$i o tona de otel. Tinind sea#a de randa#entul con8erti$o relor rotati8e este necesara in aceste ca$uri o !utere de circa ;;-9;; K=. Re!arti$area !uterii in instalatiile de incal$ire cu inductie , retele de #edia %rec8enta
Acolo unde exista #ulte !uncte de incal$ire cu o!eratii #ai #ult sau #ai !utin si#ultane' care cer sa 1e ali#entate in %rec8enta #edie' iar !uterea de #edie %rec8enta absorbita 8aria$a in li#ite largi' este intotdeauna >usti1cata reali$area unei instalatii de %rec8enta #edii cu #ai #ulte con8erti$oare de %rec8enta rotati8e si citi8a consu#atori. In aceste conditii generatoarele care debitea$a in !aralel !e retea trebuie sa !oata 1 conectate sau deconectate' !entru ca ele sa 1e intotdeauaa incarcate a!roxi#ati8 la sarcina no#inala' ast%el ca in toate conditiile de lucru sa se obtina un randa#ent #ai bun si un consu# #ini# de curent. Acest lucru se obtine cu atit #ai usor cu cit se %oloseste un nu#ar #ai #are de con8erti$oare legate in !aralel sau cu cit se #icsorea$a !uterea no#inala a 1ecarui con8erti$or.
Pe de alta !arte' este stiut ca randa#entul con8erti$oarelor #ari este #ai ridicat' iar costul acestora ra!ortat la !uterea debitata este #ai sca$ut. In 1nal este necesar ca !uterea aleasa a con8erti$orului sa se a2e intrun ra!ort rational cu 8aloarea #edie a !uterii dega>ate la !unctul de incal$ire res!ecti8.
Pina in !re$ent s-au construit siste#e de bare a8ind o !utere de 9;;; !ina la :;;; K=. La !uteri #ari se
utili$ea$a siste#ul barelor #ulti!le' care la ne8oie !ot 1 gru!ate in cite8a subgru!e. Tensiunea barelor se reglea$a la o 8aloare constanta. Pentru anu#ite sco!uri este necesara #entinerea constanta a !uterii debitate sau a curentului debitat si !osibilitatea 8ariatiei continue a %rec8entei. In aceste ca$uri este #ai utila %olosirea unui siste# de bare sectionate' in care ca$ se utili$ea$a in retea schi# batoare statice de %rec8enta.
!alirea "rin inductie
Aceasta o!eratie este executata' in general' cu instalatii de %rec8ente #edii sau inalte. In #a>oritatea ca$urilor este incal$it nu#ai un strat subtire su!er1cial !ina la te#!eratura de calire ,calirea contra u$urii. Pentru axe cu solicitari #ari si !entru !iese cu destinatii si#ilare se !oate reali$a o calire adinca in 8ederea cresterii re$istentei la oboseala. Punctul de !lecare !entru e8aluarea ca!acitatii de calire !rin inductie a unui #aterial este continutul de carbon de cel !utin ;'HQ. Te#!eraturile de calire in ca$ul incal$irii !rin inductie se situea$a intre 9; si ""9;4. Aceste te#!eraturi !ot 1 atinse in %ractiuni de secunda. Prin calirea i#ediat ur#atoare' disi!area de caldura catre interiorul !iesei de lucru este asa de #ica' incit se obtine o $ona calita !recis conturata .
Avanta(ele calirii "rin inductie
S
Piesa de lucru ra#ine rece in cea #ai #are !arte' ast%el incit solicitarile ter#ice create sint neinsen#ate. Piesele !ot 1 ast%el in #od %rec8ent !relucrate !ina la %or#a lor 1nala in stare necalita' 1ind calite ulterior. Pot 1 %acute ast%el econo#ii in !ri8ita o!e ratiilor de 1nisare care sint costisitoare.3u#eroase loturi de !iese sunt su!use unui trata#ent de incal$ire identic' ast%el ca este garantata o calitate uni%or#a. Este !osibila auto#ati$area !rocesului de calire si includerea #asinilor de calire intr-un 2ux tehnologic. Este su1cienta su!ra8egherea !rintr-un !ersonal #ediu cali1cat.
Utili&ari
4alirea !rin inductie este utili$ata la calirea di%eritelor re!ere !entru auto8ehicule' #asini agricole' echi!a#ent de constructie' #asini-unelte' ca si a axelor' bolturilor' niturilor ele#entelor de trans#isie' !inioanelor' cre#alierelor etc.
!onsuul de "utere
In %unctie de %rec8enta se !oate trans#ite su!ra%etei' in 8ederea calirii' o !utere intre ;'9 si K=c# Puterea necesara este o %unctie de te#!eratura' de di#ensiunile !iesei de regi#ul de lucru si de adinci#e a stratului calit. *int necesare !uteri ale generatoarelor de calire de !ina la 9;; K=. Li#ite de %rec8enta@
- %rec8enta #edie de !ing la "; K$ J - %rec8ente inalte de H;; K$ !ing la "'9 M$.
";
*i"irea +sudarea, "rin inductie
In acest sco! este utili$at echi!a#ent de #edie si inalte %rec8enta. Utili$area !rinci!ala este in !roductia de #asa !entru sudarea #etalelor' #ai ales la incal$irea !artiala a su!ra%etelor de sudat. Pentru aceasta o!eratie se utili$ea$a alia>e de li!it tari si #oi din co#ert si agenti de deca!are sau ga$ de !rotectie.
Te#!eraturi de lucru@ - !entru li!ituri #oi sub 9;4 J - !entru li!ituri tari 9; !ina la "";;4 J *int necesari de ase#enea agenti de to!ire si ga$e de !rotectie' in sco!ul eli#inarii straturilor de oxi$i la locul de li!ire.
For#a si di#ensiunile #arginilor de sudat sint %actori i#!ortanti in calitatea sudurii. Puterea necesara este dictata de di#ensiunile locului de i#binat ' de te#!eratura de lucru si de golul dintre !iesele de i#binat. Pentru !iese cu !ereti #ici si subtiri' ,$ona #ica de inncal$ire ga#a de inalta %rec8enta este cea #ai %a8orabila' iar !entru !iese a8ind !ereti grosi si cu su!ra%ete #ari ,$ona larga de incal$ire este indicata ga#a de %rec8ente ridicate si #edii. Puterea necesara este situate intre ;'" si K=c#.
Doenii s"eciale
Uscarea si to!irea !entru #etali$ari !e #etale' nor#ali$area' recristali$area' incal rea' nor#ali$area , detensionarea cusaturilor de sudura' %or#area la cald. Pentru aceste sco!uri este !re%erabil a se %oloseasca %rec8ente #ed ii si industriale.
""
II.INDU!TIA E*E!T-OANETI!A
#,TEN0IUNEA E*E!T-OOTOA-E INDU01 2I *EI*E EI INDU!3IA E*E!T-OANETI!1 Michael Farada+ a desco!erit %eno#enul de induc0ie electro#agnetică &n "H". El a constatat că !rin 8aria0ia unui c#! #agnetic se !oate !roduce curent electric. 4ircuitul unei bobine se &nchide !rintr-un gal8ano#etru . 3eexistnd generator &n circuitul electric 'acul gal8ano#etrului nu de8ia$ă .La introducerea unui #agnet &n bobină se constată că acul gal8ano#etrului de8ia$ă atta ti#! ct #agnetul intră &n bobină 'dar re8ine la $ero cnd #agnetul se o!re)te .La scoaterea #agnetului din bobină acul gal8ano#etrului de8ia$ă &n sensul o!us celui !recedent .Prin ur#are 'la #i)carea #agnetului &n bobină ia na)tere un curent electric . Un as#enea curent se nu#e)te curent indus. *e ob0in acelea)i re$ultate dacă #agnetul ră#ne 1x )i se #i)că bobina .
4ENOENU* DE )-ODU!E-E A UNEI TEN0IUNI E*E!T-OOTOA-E 5NT-UN !I-!UIT !A-E 5N!ON7OA-1 UN 4*U8 ANETI! 9A-IABI* 0E NUE2TE INDU!3IE E*E!T-OANETI!1. ?aria0ia 2uxului #agnetic inductor !oate 1 !rodusă !rin di%erite #etode. /e exe#!lu' 2uxul #agnetic 8aria$ă !rintr-un circuit care stă ne#i)cat &ntr-un c#! #agnetic 8ariabil .Fluxul #agnetic !oate 8aria !rin #i)carea circuitului constat ./in cele arătate !nă aici re$ultă că t.e.#. indusă durea$ă nu#ai att ct durea$ă cau$a sa' 8aria0ia 2uxului inductor. 4u# a# a#intit #ai &nainte' sunt )i alte #i>loace de 8aria0ie a 2uxului #agnetic inductor.
:, 1-IEA TEN0IUNII E*E!T-OOTOA-E INDU0E "
*e !oate deduce ex!resia generală a legii induc0iei electro#agnetice !e ba$a conser8ării energiei 4onductorul #obil de lungi#e lDA4 este ac0ionat de o %or0ă exterioară F' care-l de!lasea$ă !e o lungi#e %oarte #ică dxDAA ' &ntr-un inter8al de ti#! dt' e%ectund lucrul #ecanic dLDF dx.
/atorită de!lasării in c#!ul de induc0ie B' asu!ra 1ecărui electron liber din conductor 8a ac0iona o %or0ă lorent$iană %' a8nd ca ur#are &ncărcarea negati8ă a ca!ătului A )i !o$iti8ă a ca!ătului 4. Vntre ca!etele conductorului a!are o tensiune e. /acă se &nchide circuitul A4/A' tensiunea indusă e de8ine t.e.#. !entru circuit' !roducnd curentul #ediu I. 4a ur#are conductorul #obil 8a 1 su!us unei %or0e electrice F DBI l. 4on%or# legii ac0iunilor reci!roce FD-F. V3 aceste condi0ii dLD-BI l dx . 4on%or# legii conser8ării energiei' ca ur#are a e%etuării lucrului #ecanic dL asu!ra siste#ului #aterial' el 8a trece &ntr-o stare căruia &i 8a cores!unde o cre)tere a energiei electrice cu o 8aloare d=DdL. /eoarece d=DeIdt' dLD-BildxDeIdt. Ra!ortul dintre 8aria0ia 2uxului #agnetic )i inter8alul de ti#! &n care se !roduce această 8ara0ie re!re$intă cantitatea cu care 8aria$ă 2uxul inductor &ntr-o unitate de ti#!. Acest ra!ort !oartă nu#ele de 8aria0ie a 2uxului #agnetic inductor. A)adar' legea induc0iei electro#agnetice se enun0ă ast%el@ Tensiunea electro#otoare indusă este !ro!or0ională cu 8ite$a de 8aria0ie a 2uxului #agnetic inductor. 4a t.e.#. indusă să 1e ex!ri#ată &n 8ol0i' adică &n unită0i *I' 8a trebui ca 2uxul de induc0ie &n rela0ia " să 1e ex!ri#at &n Weberi' adică' de ase#enea' &n unită0i *I. Vn ca$ul cnd bobina indusă nu are circuitul &nchis' !rin ea nu circulă curent indusJ &n circuitul ei &ncă ia na)tere o t.e.#. indusă' dacă "H
ea intersectea$ă un 2ux 8ariabil. 7 ase#enea bobină se co#!ortă ca un generator electric &n circuit deschis@ &ntre ca!etele bobinei există o di%eren0ă de !oten0ial egală cu t.e.#. indusă .
4urentul de induc0ie este deter#inat de existen0a c#!ului electric . /eci' e%ectul direct al 8aria0ieie 2uxului este a!ari0ia c#!ului electric indus &n regiunea circuitului. MaxWell a de#onstrat teoretic )i ex!erien0ele au con1r#at că@ XFeno#enul de induc0ie electro#agnetică se !roduce datorită unui c#! #agnetic 8ariabil ' chiar &n absen0a unui circuit . Vn absen0a circuitului ' !rin 8aria0ia 2uxului #agnetic ia na)tere un c#! electric indus '&n general 8ariabil ' care are liniile de c#! &nchise . /eci '&n sens #ai larg !rin %eno#enul de induc0ie electro#agnetică se &n0elege a!ari0ia unui c#! electric 8ariabil &n regiunea &n care există un 2ux #agnetic 8ariabil . Este e8ident că ' dacă &n regiunea 2uxului #agnetic 8ariabil s-ar găsi un conductor c#!ul electric indus ar !une &n #i)care electronii liberi din el ./acă acest conductor %or#ea$ă circuit &nchis' atunci ia na)tere curentul indus ' ca e%ect al tensiunii electro#otoare induse.
AUTOINDU!3IA
)-ODU!E-EA 4ENOENU*UI DE AUTOINDU!3IE Vntr-o s!iră ia na)tere curent indus atunci cănd 8aria$ă 2uxul #agnetic !rin su!ra%a0a deli#itată de s!iră. Fluxul 8aribil !oate 1 !rodus 1e !rin #i)care "
relati8ă a unui #agnet %a0ă de s!iră' 1e !rin 8aria0ia curentului dintr-un circuit 8ecin. El #ai !oate 1 !rodus !rin 8aria0ia curentului electric din &nsă)i s!ira indusă' care >oacă ast%el )i rolul de inductor.
Autoiducţia este induc0ia electro#agnetică !rodusă
&ntr-un circuit datorită 8aria0iei curentului care circulă !rin acel circuit.
Autoinducţia se !roduce nu nu#ai la stabilirea sau &ntreru!erea unui curent' ci ori de cte ori 8aria$ă intensitatea curentului electric din circuit.
INDU!3IA UNUI !I-!UIT 4urentul de intensitate I care circulă !rintr-un circuit generea$ă &n >urul său un c#! #agnetic de induc0ie B' !ro!or0ională cu I. Factorul de !ro!or0ionalitate L se nu#e)te coe1cient de induc0ie !ro!rie sau inductan0ă a circuitului. Induc0ia unui
"9
$aca toate liniile campului unei %o%ine stra%at prin spirele celeilalte& cupla'ul este maxim( In general cand ma'oritatea liniilor de camp sunt inlantuite de am%ele %o%ine& cupla'ul se numeste strans) in caz contrar& cupla'ul este sla%( *ariatia curentului dintr-o %o%ina induce t(e(m( in a doua %o%ina + inductia mutuala(
;.!U-EN3I TU-BIONA-I )-ODU!E-EA !U-EN3I*O- TU-BIONA-I Ace)ti curen0i indu)i iau na)tere &n #ase #etalice' care se a2ă &n c#!uri #agnetice 8ariabile sau se #i)că &n c#!uri #agnetice consolate. Vntre !olii unui electro#agnet !uternic 3 * se lasă să !endule$e o !lacă #etalică A. 7scila0iile ei se a#orti$ea$ă i#ediat. Vnlocuind !laca A cu altă !lacă crestată A oscila0iile ei se a#orti$ea$ă lent. 7scilnd' !laca intersectea$ă liniile c#!ului #agnetic )i &n ea se nasc curen0i indu)iJace)tia se &nchid &n cercuri' care &ncon>oară liniile c#!ului #agnet
!U-EN3II 4OU!AU*T 5N TE
#.!urenţii tur%ionari sunt %olosi0i !entru !osibilitatea de %rnare electro#agnetică' la a#orti$area oscila0ilor acului indicator al instru#entelor de #ăsură' la reglarea #ersului uni%or# al discului contorului electric e :.4orarea curenţilor 4oucault &n conductoare #asi8e are ca ur#are &ncăl$irea !uternică a acestora. Feno#enul se !oate ilustra lăsnd să treacă un curent alternati8 ti#! de un #inut !rintr-o bobină cu #ie$ #asi8 de 1er. Bara se &ncăl$e)te. Acest %eno#en se %olose)te la călirea !ieselor' la to!irea #etalelor etc. ;.)rocesul de =nc>l&ire a conductoarelor asive este &nsă dăunător &n #ulte ca$uri. Ast%el' nu este !er#isă &ncăl$irea #ie$urilor trans%or#atoarelor' al #a)inilor rotati8e' al bobuinelor. Pentru a se e8ita ":
a!ari0ia curen0ilor turbionari de intensitate #are' se construiesc #ie$uri din !lăcisub0irii$olate &ntre ele. Vntruct cre)tereara re$isti8ită0i #aterialului este i#!ortantă !entru di#inuarea intensită0ii curen0ilor turburari' tolele se %abrică din 1er cu siliciu. *ubstan0ele %ero#agnetice utili$ate !entru #ie$urile bobinelor de &naltă %rec8en0ă au re$isti8itate #are.
De&avanta(e -!retul echi!a#entelor a%erenteJ generatorul electriccon8erti$or static.,;;;$. -cu cat %rec8enta si !uterea creste' costul este ridicatY -!re$enta instalatiilor de racire care i#!lica structura echi!a#entului.
A)*I!A-E......Utili&ari ale incal&irii "rin inductie -in etalur?ie !entru e%ectuarea unor trata#ente ter#ice@recoacere' re8enire' calire.,se %olosesc !entru to!irea #etalelor' incal$irea inaintea %or>arii ";9;; 4 -industria constructoare de autoturise
edicina ,cu!toare cu creu$et !entru to!irea a!aratelor dentare' %rec8enta %oarte ridicata electronica industra alientara ,!entru !lite e.t.c.
III.T-AN0)UNE-EA IN TEO-IE BD Z[ legea de
"N
-ot <@ (
le?ea
circuitului a?netic in forare rot E@ ∂B/dt inductia circuitului in
B< forare electrica Div B@ $
linile
de ca" electric sunt
C+,
inchise I@ FE de"endenta intre densitatea de curent si ca" electric
Uf
"
\\Dce J
:'9Q
'
"
I I$ !atrundere
" \$
\D adanci#ea de \D?X]^ZD
oγ n 2 ρ / 2πγ
G9;H?X]Zr%
!sD_sD];\D"9;H
ρ ∗ γ ∗ f ∗ Ho
%DC
'
!sDdensitatea
!uterii !e su!ra%ata
'@ \ Trataente terice Prin trata#ent ter#ic se intelege succesiunea de o!eratii tehnologice ce constau !rin intretinerea' #entinerea' incal$irea unei !iese cu anu#ite 8ite$e de racire si incal$ire. Trata#entele se a!lica !ieselor #etalice si ne#etalice cu sco!ul de a obtine anu#ite !ro!rietati 1$ico-#ecanice. Ba$a teoretica a trata#entelor ter#ice o constituie trans%or#area structurala in %uctie de 8ariatia te#!eraturii. Para#etrii unui trata#ent ter#ic sunt@ te#!eraturade incal$ire' durata de #entinere la te#!eratura de incal$ire' 8ite$a de incal$ire si racire.
"S
T
T tI
t-
Ar
I9.E8E)*E DE T-ATAENTE TE-I!E 0I !U)TOA-E
•
Prelucrarea la cald a otelului
Cuptoare pentru recoacere, calire, maleabilizare, reincalzire, otelire
7telul este un alia> din 1er si carbon' unde !rocentul de carbon se regaseste in li#itele nor#ale de ;';Q si :'9Q. 4arbonul' in %unctie de %a$ele !rin care trece' se regaseste in di%erite interstitii sau #odi1cari cristaline' care ;
sunt di%erit de #ari si care cau$ea$a di%erite distorsiuni ale retelei ato#ice. /eseori se alia$a si cu alte #etale cu# ar 1 cro#ul' cobaltul' #anganul' etc. care #odi1ca de ase#enea structura otelului si a retelei ato#ice. Fierul !ur se a2a de la te#!eratura a#bianta !ana la te#!eratura de S""4 in structura cristalina cubica cu 8olu# centrat ,%a$a ` si se #ai nu#este si %erita.La te#!eraturi #ai inalte' intre S""4 si "HS4 este in structura cristalina cubica cu %ete centrate ,%a$a Z care se nu#este si austenita si care intr-un inter8al %oarte #ic %or#ea$a o retea cristalina cubica cu 8olu# centrat nu#ita si %a$a \ sau \Fe. In %unctie de reteaua cristalina' carbonul se regaseste 1e in %or#a tetraedrica sau octaedrica a retelei cristaline a 1erului' care au #ari#i di%erite si care la in#aga$inarea ato#ilor de carbon duce la di%erite distorsiuni ale structurilor cristaline ato#ice. 4u cat distorsiunile sunt #ai !uternice' cu atat otelul este #ai calit. La racirea lenta a otelului du!a turnare' structura cristalina su%era trans%or#ari si trece in di%erite %a$e cu# ar 1 %a$a de %or#are a austenitului' a %eritului si %a$e #ixte. 4arbonul #igrea$a in ti#!ul trans%or#arii !e !o$itia cea #ai %a8orabila a structurii. 4a!acitatea de absorbtie a structurii cristaline a 1erului este li#itata iar cand la racire se atinge solubilitatea #axi#a de carbon in otel' se !roduc se!arari de ce#entita' FeH4 sau se!arari de gra1t. Un a#estec de %erita cu ce#entita se nu#este !erlita. La un continut #ai ridicat de carbon in 1er se %or#ea$a ledeburita' o %a$a de a#estec dintre austenita si ce#entita. Aceste %a$e sunt descriese in /iagra#a de echilibru 1er-carbon aici o !re$entare #ai si#!la@
"
Trataente terice de alea%ili&are si recoacere a otelului in cu"toare
La recoacere' incal$ire se are in 8edere aducerea la o anu#ita te#!eratura a !iesei de !relucrat du!a care se ur#areste o racire lina. In acest %el se !ot ur#ari #ai #ulte obiecti8e cu# ar 1@ alea%ili&area totalaunde se ur#areste #arirea cristalitelor care au ca e%ect #icsorarea re$istentei si a duritatii #aterialului' de dorit in anu#ite ca$uri !articulare. -ecoacerea de detensionare are loc la te#!eraturi #ici cu!rinse intre ;4 si :;4 si are ca sco! inlaturarea tensiunilor din !iesa !relucrata' tensiuni care se %or#ea$a la de%or#ari #ecanice sau la di8erse !relucrari. /e alt%el nu are loc #odi1carea !ro!rietatilor otelului. -ecoacerea de oo?eni&are durea$a !ana la $ile' are loc la te#!eraturi ridicate intre ";9;4 si "H;;4 si are ca rol o i#!artire egala' in structura cristalina' a ato#ilor straini. ?ite$a de racire stabileste %or#area %a$elor cat si a !ro!rietatilor otelului. Prin recoacerea de rectristali&are se intelege re8enirea la %or#ele cristaline initiale unei de%or#ari la rece. Prin acest !rocedeu se incal$este !iesa la te#!eraturi !utin !este te#!eratura de recristali$are de obicei la te#!eraturi intre 99; si N;;4. Te#!eratura de recristali$are de!inde de #aterial si de gradul de de%or#are. -ecoacerea de norali&are a otelurilor este una din !rinci!alele !rocedee de !relucrare la cald. Are ca obiecti8 %or#area unei structuri 1ne de cristalite' care sunt i#!artite egal !este !iesa. La oteluri cu continut #ai ridicat de carbon' te#!eratura de recoacere este !utin sub ;;4J la oteluri cu continut #ic de carbon' te#!eratura !entru recoacerea de nor#ali$are creste !ana la S9;4. La recoacerea de inuiere ,globuli$are se ur#areste reducerea di%u$iunilor de ce#entita si !erlita' !entru a reduce re$istenta si duritatea otelului ast%el incat sa se !oata e%ectua #ai usor de%or#ari !lastice si #ecanice. Te#!eraturile obisnuite sunt cu!rinse intre :;4-N;4.
4u!tor !t recoacere in nor#ali$are sar#elor de otel
cu!tor !entru #aleabili$area
!alirea otelului !alirea consta in incal$irea !ieselor din otel la o te#!eratura deter#inata din diagra#a Fe' 4u' ur#ata de o racire ra!ida in a!a' ulei' e.t.c.' !t a obtine o $ona la su!ra%ata !iesei calite cu o duritate s!rita.
Otelirea in cuptorul de calire La o!eratiunea de calire a otelului nealiat se incal$este in !ri#a %a$a !iesa ce ur#ea$a a 1 !relucrata' la o te#!eratura intre ;;4-S;;4' daca e ca$ul unui otel cu continut sca$ut de carbon' si cu continut #are de austenit. La otelurile aliate' te#!eraturile !ot a8ea 8ariatii inse#inate. Pentru a i#!iedica coro$iunea se insu2a in cu!tor ga$ exoter#. Exoter#ele se !ot obtine cu un generator de ga$e' care se generea$a din hidrocarburi si #ai contine !e langa 47 si ' 3' 47 si 7.
H
enerator !entru obtinerea de ga$e exoter#e Spalarea pieselor /u!a calirea in ulei sau e#ulsii este necesara o s!alare a !ieselor inainte de a intra in cu!torul de #aleabili$are. Fir#a
Spalarea dupa calire
Maleabilizarea sau revenirea otelului in cuptoare de revenire /u!a calirea otelului acesta de8ine %oarte dur' dar si %oarte casant. Acest e%ect se !oate contracara !rin reincal$irea !iesei. La inter8alul de te#!eratura de sub ";;4' re$ulta o i#bogatire cu ato#i de carbon in $ona cu de%ecte ale structurii ato#ice a otelului #artensitic. La te#!eraturi intre ";;4 si ;;4 ato#i de carbon ince! sa #igre$e din !o$itiile ne%a8orabile ale structurii. Ince!e eli#inarea de ce#entita. La continuarea cresteri te#!eraturii acest !rocess se a#!li1ca. Peste te#!eratura de H;4 !ractic toti ato#ii de carbon !arasesc !o$itiile ne%a8orabile ale structurii iar la te#!eratura de ;;4 nu #ai au loc schi#bari la ni8el structural iar otelul de8ine #oale. La otelurile aliate cu cro#' 8anadiu' #olibden si Wol%ra#' duritatea ia a#!loare in acest inter8al de te#!eratura cand se %ac cedari de carbi$i.4alirea secundara este i#!ortanta !entru !re%abricate' deoarece trebuie sa isi !astre$e duritatea si la te#!eraturi inalte. In general odata cu cresterea te#!eraturii de #aleabili$are re8enire scade si duritatea otelului. La contact cu aerul ia nastere o oxidare a su!ra%etei' care are ca e%ect decolorarea !iesei. Ti#!ul necesar #aleabili$ariire8eniri este in %unctie de 8olu#ul si #asa !iesei.
Calirea suprafetelor 7!usul duri$arii !rin calire si #aleabili$are re8enire' la care se caleste intregul #aterial' este calirea la su!ra%ata. *u!ra%ata dura se !oate co#bina cu #ie$ul #oale al #aterialului. Pentru aceast !roces exista #ai #ulte !rocedee. Cementarea sau carburarea Procesul de ce#entare se utili$ea$a la otelurile sarace in carbon. Piesa se caleste cu a>utorul unui ga$ endoter# bogat in carbon. a$ul endoter# se obtine cu a>utorul unui reactor de ga$e din #etan' etan sau !ro!an si consta in #are #asura din #onoxid de carbon 47' hidrogen si a$ot.
9
enerator !entru obtinerea de ga$e endoter#e
7telul incal$it la S;;4-";;;4 in cu!toarele de ce#entare res!ecti8 cu!toare de #aleabili$are re8enire' !reia carbon din ga$ul endoter#. 4oncentratia de carbon se !oate creste !ana la li#ita de solubili$are si trans%or#a in austenita ,adanci#ea de cca. " ##. Aici 1r#a utorul cu!toarelor continue sau cu a>utorul unui dis!o$iti8 discontinuu. *iste#ele de trans!ort intr-un cu!tor cu trecere continua !ot 1 siste#e cu role cera#ice' trans!ort cu grila>e sau cu !ro!ulsie.
:
4u!tor cu !ro!ulsie si role cera#ic ce#entarea
4u!tor continuu !entru otelului actionat
cu lant Otelirea prin carbonitrare repectiv carbonitrizare La carbonitrare' in ti#!ul incal$irii se adauga in %a$a ga$oasa langa carbon si a$ot' ceea ce duce la %or#area unor nitriti !e su!ra%ata !iesei de !relucrat. A$otul se introduce la carbonitrarea cu ga$ sub %or#a de a#oniac 3 H /aca o!eratia de carbonitrare se %ace la te#!eraturi #ici de :9;4NN;4' atunci a$otul !oate di%u$a si se %or#ea$a un strat de #artensita cu continut de a$ot si cu un strat subtire din nitri$i si carbi$i. La carbonitrarea !este NN;4 !ana la SH;4 acest strat nu se #ai %or#ea$a' deoarece carbonul se !oate di%u$a #ai bine. A$otul stabili$ea$a %a$a de austenita si !er#ite o calire #ai blanda dar in acelasi ti#! cu o duritate ridicata. *tratul duri$at calit este totusi #ai subtire decat la ce#entare' re8enire iar trans%or#area s!re interiorul #aterialului este #ai !uternica. 4a si la carburare in %a$ele ga$oase ur#ea$a o!eratiile cu# sunt calirea si #aleabili$area re8enirea
N
4u!tor de carbonitrare' carbonitri$are carbonitrare'
8ersiune de cu!tor !entru carbonitri$are %ara cadru cu
baie de calire !rin 8acuu#
Otelirea prin nitrare, nitrizare si nitrocarburarea. La nitrare res"ectiv nitri&are in cu!toare di%u$iunea de a$ot are loc la te#!eraturi #ici de 9;;4-99;4. *ursa este a#oniacul. In acest %el are loc di%u$iunea a$otului in otel' care se de!o$itea$a intre locurile din structura cristalina. Acest lucru duce la o tensionare a structurii cristaline si auto#at la o duri$are a #aterialului. 3u #ai este necesara o calire aceasta ne#ai a8and la ba$a %or#area unui strat de #artensita. La racire se eli#ina !artial nitriti. La nitrocarburare se adauga !e langa a$ot si carbon obtinut din #onoxid de carbon si hidrocarburi in %a$a ga$oasa. 4arbonul se regaseste nu#ai la #arginea #aterialului' deoarece solubilitatea sa in otel este #ica acesta continand de>a a$ot' in acest %el di%u$iunea 1ind destul de !roasta. La racire se %or#ea$a carbonitrati. Ti#!ul necesar duri$arii !rin nitrocarburare este #ai #ic decat la
nitrare. 7telurile nitrate si carbonitrate au o su!ra%ata subtire %oarte dura si %oarte glisanta dar care nu e %oarte buna la u$ura iar re$istenta la ru!ere este #ica. /ensitatea su!ra%etei are o re$istenta #are la coro$iune si !oate 1 #ai usor !oli$ata.
cu!tor de nitrare cu hota doua tre!te
cu!tor de nitrare in
9.A!TI9ITATE DE *ABO-ATO-
S
In cadrul laboratorului de Metode si Procedee Tehnologice s-a discutat te#a Procesul de Incal$ire !rin inductie electro#agnetica.A# discutat des!re a8anta>ele si de$a8ant>ele acestui !rocedeu'la ce ne a>uta' unde il intalni#' unde se utili$ea$a si la ce ne este de %olos in 8iata de $i cu $i.
/e ase#enea a# studiat ur#atoarea Kansa @ -Ele#ente co#!onente ale !reu&etului 0TA)AT
!u"tor L"entru to"irea otelului. 3e-a %ost !re$entat un generator de inalta %rec8enta,.I.F. @ -un trans%or#ator,de ada!tare ;;; $ -bloc co#anda. -bloc electronic con8ertor de %rec8enta.,cho!!er electronic !e ba$a de tiristoare industriale
9I.!ON!*UZII In conclu$ie@ - incal&irea "rin inductie electroa?netica este o incal$ire ra!ida cu o inertie ter#ica redusaJ - densitatea de !utere in>ectata in !iesa !oate atinge 8alori de !este ";;; <=# J - !uterea disi!ta se de$8olta direct in !iesa de incal$it J - s!atiu ocu!at de instalatiile de incal$ire !rin inductie este redusJ - i#!actul ecologic redus,#ini#-acest !rocedeu nu
H;
!resu!une dega>area unor ga$e noci8eJ - contact ,%ara a!licarea din exterior a unor electro$i si incal$irea directa a !ieselor ,%ara sursa exterioara de calduraJ - oxidare #ini#a' calitate uni%or#a a #aterialului !relucratJ
- ti#! #ini# necesar !entru !regatirea instalatiei !entru' lucru' reglare ra!ida' #unca curata si neinse#nate deran>a#ente datorite radiatiei ter#ice. Pute# s!une ca este cea #ai sigura si cea #ai utila #etoda in sec xx-lea.Este cea #ai bene1ca' cand ne re%eri# la gradul de !oluare si totodata la scutirea de energie electrica. Acest !rocedeu !er#ite auto#ati$area si roboti$area !reocedeelor tehnologice sau a linilor de %abricatie !entru ca !ute# controla !ara#etrii acestora.,te#!eratura TensiuneA frecventa@"araetrii electrici
-andaentul ridicat al instalatieiMMM"este6$.......?a& :$;$. Incal&irea "in inductie este utili&ata !entru to!irea sau #entinerea in stare to!ita a #etalelor sau alia>elor' !entru incal$irea reci!ientilor' !entru incal$irea in !ro%un$i#e a se#i%abricatelor care ure#ea$a a 1 !relucrate la cald' !entru trata#entul ter#ic su!er1cial' !entru incal$irea reci!ientilor' !entru sudarea si li!irea #etalelor' etc
9II. BIB*IO-A4IE "carti din biblioteca !ersonala' *IEME3* F7RMEL- U3/ TABELLE3BU4 FUER *TAR<*TR7M-I3E3IEURE' Me#oratorul inginerului electrician'editura tehnica Bucuresti "SN"' H"
