Исследования оборудования и технологии пайки трубопроводов с использованием индукционного нагрева | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 1 июня, печатный экземпляр отправим 5 июня.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Дроздов Н. С., Филиппенко Н. Г., Кириенко Д. Т., Герасимов А. А. Исследования оборудования и технологии пайки трубопроводов с использованием индукционного нагрева // Молодой ученый. — 2018. — №8. — С. 12-15. — URL https://moluch.ru/archive/194/48469/ (дата обращения: 23.05.2019).



Проблемы энергосбережения в технологии пайки заставляют вновь обратиться к процессам высокочастотного электромагнитного нагрева, обеспечивающим высокую скорость локального нагрева проводящих материалов в любой среде. Для формирования качественных паяных соединений в изделиях необходим соответствующий выбор частоты нагрева, конструкции индукторного устройства и оптимизация режимов процесса [1].

В связи с этим данное исследование направлено на изучение существующих конструкций индуктора и технологий пайки с целью их совершенствования.

Особенности высокочастотного нагрева

Воздействие энергии высокочастотных (ВЧ) электромагнитных колебаний позволяет осуществлять высокопроизводительный бесконтактный нагрев в различных процессах обработки проводящих материалов: термообработке, плавке, упрочнении, сварке, пайке, выращивании кристаллов и т. д. Наиболее важными преимуществами ВЧ-нагрева являются следующие:

– энергия нагрева создается вихревыми токами непосредственно в изделии;

– возможны высокая плотность энергии и короткое время нагрева;

– локализация нагрева в пределах обрабатываемой зоны;

– возможность нагрева в любой среде, включая вакуум или инертный газ;

– высокая экологическая чистота нагрева;

– возможность использования электродинамических сил для улучшения растекания припоя, перемешивания расплава металла и т. д.

Индукционный нагрев основан на использовании трех известных физических явлений: электромагнитной индукции, открытой Фарадеем, эффекте Джоуля и поверхностном эффекте.

В индукционной нагревательной системе существуют два типа напряжения и вихревых токов. Первый тип вызван изменяющимся во времени магнитным потоком, который создается индуктором и проходит через неподвижное тело. Второй тип индуцированного напряжения связан со скоростью перемещения проводящего тела в неоднородном магнитном поле, при этом величина тока зависит от скорости перемещения тела. Исследования показали, что такой вариант индукционного нагрева используется сравнительно редко, что возможно определить после изучения конструкций нагревательных устройств.

Принцип конструкции индукционных нагревательных устройств

Существуют разнообразные конструкции индукционных нагревательных устройств. Для сквозного нагрева проводящих тел круглого, квадратного и прямоугольного сечения применяют индукторы соленоидального типа (рис. 1), плоских тел — индукторы с магнитопроводом (рис.3) или в виде плоской спирали (рис.2).

C:\Users\nikol\Desktop\Диплом\Литература\Научная статья\Рисунки\1.png

Рис. 1. Схема индукционной системы нагрева

C:\Users\nikol\Desktop\Диплом\Литература\Научная статья\Рисунки\2.png

Рис. 2. Индуктор в виде плоской спирали: 1- спиральный индуктор, 2- нагреваемое тело

C:\Users\nikol\Desktop\Диплом\Литература\Научная статья\Рисунки\3.png

Рис. 3. Концентрация магнитного поля с помощью магнитопровода: 1- магнитопровод, 2 индуктор, 3- нагреваемое тело

Индукционным нагревательным системам свойственны такие эффекты, как близости, кольцевой и концентрации магнитного поля. Первый эффект показывает, что вихревые токи создаются в непосредственной близости от индукционного витка. Чем выше частота тока и чем меньше зазор между витком и поверхностью тела, тем больше эффект близости (рис. 4).

C:\Users\Хозяюшка\Downloads\Литература\Статья\media\image6.jpeg

Рис. 4. Схема действия эффектов близости в индукционной система нагрева

Таким образом можно сделать вывод, что за основу технологического оборудования ТВЧ пайка целесообразно взять конструкцию соленоидного типа. Для разработки технологии пайки необходимо произвести изучения параметров СВЧ нагрева.

Параметры ВЧ-нагрева при пайке

Параметры ВЧ-нагрева были рассмотрены на примере пайки электронных устройств.

Для пайки электронных устройств характерны невысокая удельная мощность нагрева, малые габариты изделий и их чувствительность к электромагнитным наводкам. Поэтому необходимо оптимизировать такие параметры ВЧ- нагрева, как эффективная мощность, выделяемая в зоне нагрева, и коэффициент полезного действия (КПД) нагрева.

Для соленоидального индуктора (рис. 1) увеличение зазора hот 1 до 10 мм на частотах от 400 до 2000 кГц вызывает снижение cosϕ для диамагнитных материалов почти в 10 раз, а для ферромагнетиков — в 3–4 раза. Поэтому для нагрева диамагнитных материалов необходимо максимально уменьшать величину зазора до значений, при которых возможно обеспечить нормальную работу индуктора.

В связи с этим было определено, что возможна и необходима оптимизация процесса пайки.

Оптимизация параметров ВЧ-нагрева позволит обеспечить высокую скорость нагрева в локальных зонах формирования паяных соединений и улучшить их качество за счет совместного действия поверхностного эффекта и пондеромоторных сил.

Можно сделать вывод, что предпочтительно применение индукторов с магнитопроводами, так как у них более высокий КПД за счет снижения излучения в окружающее пространство.

Исследовав принцип работы, методы и параметры управления ВЧ пайки дальнейшая работа была направлена на подробное исследование материалов. Конструкции, способов охлаждения и методов защиты от пробоя индуктора.

Конструкции индукторов, их охлаждение и защита от пробоя

Основным оборудованием при высокочастотной пайке являются высокочастотные генераторы и индукторы. Индукторами называются устройства, применяемые при высокочастотном нагреве для передачи энергии высокой частоты от источника питания в нагреваемое изделие. В зависимости от конфигурации нагреваемой поверхности в технике применяется много типов индукторов различной формы и размеров. Для пайки применяются относительно несложные одно и двухвитковые индукторы, реже — многовитковые.

Индукторы изготовляются из медных трубок с наружным диаметром 8–12 мм и толщиной стенки 1–2 мм. Индукторы изготовлять из трубок прямоугольного сечения 10х10 мм или эллиптического сечения, так как последние понижают потери в индукторе примерно на 10 %. Трубки при изготовлении индукторов применяют с целью создания возможности их охлаждения проточной водой в процессе работы.

При выборе индуктора необходимо стремиться правильно определить форму и размеры индуктора, которые соответствовали бы паяемому шву, так как от формы и размера индуктора зависит рациональность использования установки и качество пайки.

Размеры зазоров между паяемым изделием и индуктором колеблются от 2 до 20 мм; они зависят от размера, конфигурации изделий и характера нагрева. При пайке тонкостенных изделий зазоры невелики, а при пайке толстостенных изделий они увеличиваются. Увеличение зазоров ведет к снижению коэффициента полезного действия индуктора и его производительности. Однако при сложных конфигурациях деталей приходится идти на увеличение зазора с целью получения равномерного прогрева изделия за счет использования его теплопроводности. Для предохранения деталей от прожогов при малых зазорах и замыканиях витков индуктора между собою рекомендуется изолировать витки асбестовым шнуром, пропитанным в жидком стекле, или покрыть их эмалью.

Результаты проведенных исследований

Исследования показали, что в индукционной нагревательной системе наиболее применим тип напряжения и вихревых токов. изменяющийся во времени магнитным потоком, который создается индуктором и проходит через неподвижное тело.

За основу технологического оборудования ТВЧ сварки целесообразно брать конструкцию соленоидного типа.

Также в ходе исследований было принято решение, что предпочтительно использовать индукторы с магнитопроводами, так как у них более высокий КПД за счет снижения излучения в окружающее пространство.

Было определено, что индукторы целесообразно изготавливать из медных труб практически любого сечения.

В качестве охлаждающей жидкости более рационально использовать проточную воду.

Для предохранения деталей от прожогов и замыканиях витков индуктора между собою рекомендуется изолировать асбестовым шнуром, пропитанных в жидком стекле, или покрытые эмалью.

Литература:

  1. Индукционная пайка/ В. В. Вологдин, Э. В. Кущ, В. В. Асамов; под ред. А. Н. Шамова. — 5-е изд. перераб. и доп. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение 1989. — 72 с.: с ил.
  2. Лозинский М. Г. Промышленное применение индукционного нагрева. М.: АН СССР. 1958.
  3. Техническая литература онлайн. Оборудование для высокочастотной индукционной пайки. [Электронный ресурс]. − Режим доступа: http://imetal.in.ua/pajka-i-luzhenie/oborudovanie-dlya-vysokochastotnoj-pajki
  4. Бабат Г. И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение. М.: Энергия. 1965.
  5. Иванов А. В., Мульменко М. М., Уржумсков А. М. H05B6/36 — Индукторы патентный поиск, 2012–2018 [Электронный ресурс]. − Режим доступа http://www.findpatent.ru/patent/217/2174291. html
Основные термины (генерируются автоматически): индуктор, паек, неподвижное тело, магнитный поток, магнитное поле, индукционная нагревательная система, жидкое стекло, высокочастотный нагрев, высокий КПД, асбестовый шнур.


Похожие статьи

Постановка цели и задач для усовершенствования оборудования...

индукционный нагрев, плавка, высокая частота, дуговой нагрев, защитный газ, тепловое действие, электромагнитное излучение, электропроводящий материал, небольшой размер индуктора, ENGINEER, кг стали, THE...

Математическое моделирование тепловых полей при...

Система индуктивно-резистивного нагрева является самой рентабельной по сравнению с

Ключевые слова: трубопровод, индукционно-резистивная система, нагревательный

где δ — толщина скин-слоя, м; j0 — плотность тока в скин-слое, А/м2; μ — магнитная проницаемость...

Создание численной модели индукционно нагревательной...

Индукционные нагревательные установки периодического действия являются сложными

Перечислим основные этапы численного моделирования процесса индукционного нагрева

Первый файл содержит всю информацию о поведении магнитного поля, об изменении в...

Применение высокотемпературной сверхпроводимости...

Существуют также системы с постоянным магнитным полем, тормозящие поток расплавленного металла, втекающего в кристаллизатор, для того чтобы сделать его течение турбулентным и вызвать перемешивание. Однако индукторы с медными обмотками способны...

Магнитно-импульсная обработка как перспективный метод...

- применение локальных параметров магнитного поля; - комбинация импульсного магнитного поля и предварительного индукционного нагрева обрабатываемой заготовки

МИО осуществляется в цилиндрическом индукторе в магнитно-импульсной установке (МИУ).

Моделирование теплового состояния элементов конструкции...

Изменяющаяся по радиусу катода плотность теплового потока приводит к неравномерному нагреву и проблемам при охлаждении в

Клюева В. А. Сравнение распределений магнитного поля в магнетронных распылительных системах, полученных различными методами расчета.

Современные энергосберегающие установки для обработки...

Исследование и разработка методов расчета индукционных систем нагрева жидкостей позволили создать

Относительно магнитного потока кольца расщепленного цилиндра оказываются расположенными последовательно, а относительно индуктора — параллельно.

Использование технологии MFL для выявления коррозионных...

Основные термины (генерируются автоматически): MFL, магнитное поле, магнитный поток, линия, преобразователь Холла, секторная система намагничивания

Исследования оборудования и технологии пайки трубопроводов с использованием индукционного нагрева.

Исследование воздействия магнитной обработки на свойства...

Обрабатывать магнитным полем водную систему предпочтительно до начала процесса формирования кристаллов.

Далее открывали вентиль, и жидкость через индуктор перетекала в химический стакан.

Похожие статьи

Постановка цели и задач для усовершенствования оборудования...

индукционный нагрев, плавка, высокая частота, дуговой нагрев, защитный газ, тепловое действие, электромагнитное излучение, электропроводящий материал, небольшой размер индуктора, ENGINEER, кг стали, THE...

Математическое моделирование тепловых полей при...

Система индуктивно-резистивного нагрева является самой рентабельной по сравнению с

Ключевые слова: трубопровод, индукционно-резистивная система, нагревательный

где δ — толщина скин-слоя, м; j0 — плотность тока в скин-слое, А/м2; μ — магнитная проницаемость...

Создание численной модели индукционно нагревательной...

Индукционные нагревательные установки периодического действия являются сложными

Перечислим основные этапы численного моделирования процесса индукционного нагрева

Первый файл содержит всю информацию о поведении магнитного поля, об изменении в...

Применение высокотемпературной сверхпроводимости...

Существуют также системы с постоянным магнитным полем, тормозящие поток расплавленного металла, втекающего в кристаллизатор, для того чтобы сделать его течение турбулентным и вызвать перемешивание. Однако индукторы с медными обмотками способны...

Магнитно-импульсная обработка как перспективный метод...

- применение локальных параметров магнитного поля; - комбинация импульсного магнитного поля и предварительного индукционного нагрева обрабатываемой заготовки

МИО осуществляется в цилиндрическом индукторе в магнитно-импульсной установке (МИУ).

Моделирование теплового состояния элементов конструкции...

Изменяющаяся по радиусу катода плотность теплового потока приводит к неравномерному нагреву и проблемам при охлаждении в

Клюева В. А. Сравнение распределений магнитного поля в магнетронных распылительных системах, полученных различными методами расчета.

Современные энергосберегающие установки для обработки...

Исследование и разработка методов расчета индукционных систем нагрева жидкостей позволили создать

Относительно магнитного потока кольца расщепленного цилиндра оказываются расположенными последовательно, а относительно индуктора — параллельно.

Использование технологии MFL для выявления коррозионных...

Основные термины (генерируются автоматически): MFL, магнитное поле, магнитный поток, линия, преобразователь Холла, секторная система намагничивания

Исследования оборудования и технологии пайки трубопроводов с использованием индукционного нагрева.

Исследование воздействия магнитной обработки на свойства...

Обрабатывать магнитным полем водную систему предпочтительно до начала процесса формирования кристаллов.

Далее открывали вентиль, и жидкость через индуктор перетекала в химический стакан.

Задать вопрос