不同形状不锈钢管坯料加热电流频率和加热时间的选择方法如下:


 1. 非实心圆柱形坯料选择加热电流频率及加热时间,原则上与实心圆柱坏料相同。


 2. 矩形断面坯料电流频率及加热时间的选择与圆柱形坯料一样,但必须把断面的短边作为圆柱形坯料的直径。


 3. 不锈钢管感应加热电流频率的选择原则为:


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  坯料加热时间的确定与实心圆柱形坯料相同,但应把不锈钢管壁厚度作为实心圆柱形坯料的半径。


 4. 复杂断面坯料加热时,电流频率按尺寸小的断面选择;加热时间按已选的频率,再按尺寸大的断面来选择。


    在圆柱形螺线管式感应圈中,电流线集中朝向螺线管里边的表面区域,这称为线圈效应。

 

    在计算金属感应加热的参数和规范时,必须考虑被加热材料的电阻率和磁导率与温度的关系:


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  应该注意,在 α→λ(铁素体与奥氏体)转变范围内, ρ曲线上升和下降的特性有显著的变化。


  磁导率 μ 也是在确定感应加热参数时必须考虑的钢的重要特性,是磁感应强度 B 与磁场强度 H 的比例系数: μ = B/H


钢和铸铁的感应加热是以置于交变电磁场中的工作物的截面上不均衡地发出热量为基础的。为了阐明钢和铸铁感应加热的规律性,则要研究当感应器产生的平面电磁波到金属工作物表面上时的情况,及其在金属中的衰减过程。


室内相对磁导率 μ 与磁场强度 H 的关系曲线图,如图 2-15 所示。


图 2-15.jpg




  在空气中,感应器与工作物的间隙中μ=1、介电常数q=1,经由推导可知:1. 无论电磁波以何种角度落到金属坯料上,其在坯料内部将总是向垂直于金属坯料表面的方向传播(表面的曲率半径大于金属中的波长);2. 波的振幅是根据其以相应速度v向金属内推进的程度而逐渐减小的。


 图2-16所示为进入金属中的电磁波。在空气中的波长的一半用λ/2表示,在金属中的用λ1/2表示,在坯料金属中的波的衰减是发生在比较薄的表面层内。在频率很高的情况下,电磁振荡过程在距金属表面几分之一毫米处即停息。


图 2-16.jpg


图2-17所示为各个不同时刻(每隔1/8周期)金属层内电场强度的变化。


图 2-17.jpg


在加热到磁性转变点以上温度的钢中,μ=1、ψ=45°,感抗(L为电感、f为频率)等于有效电阻R,而金属内部的功率因数为cosψ=0.7。


当电磁波落到金属表面上时,涡流密度的振幅是按照指数规律由金属表面向金属深处逐渐减小的。这就形成了金属表面层的电流透入深度。


电流在金属中所产生的热量与电流值的平方成正比,即焦耳一楞茨定律:


  Q=I2R(J)   式中:  Q-电流在坯料金属中产生的热量;I-坯料金属内的电流; R-坯料金属的电阻。


 坯料感应加热时,在电流穿透深度层中,所发出的热量各占坯料感应加热所需总热量的90%左右,而坯料金属深层处所产生的热量总共不到10%。


 感应加热过程的万能性,是对各种断面形状及其长度之比的坯料都能满足加热温度均匀的要求,但其主要的缺点是,变频时需要消耗所用电能的20%-30%。


 冷坯料经加热后,一般在径向和轴向存在温差。当感应线圈的端部补偿调整适当、炉子的密封良好时,轴向温差可以控制在30~50℃,而在径向上中心温度偏低。穿孔后,由于变形功和摩擦发热的作用使坯料内孔温度升高,而不锈钢管外表面因为热量的扩散和工模具的吸热使其温度降低。根据试验数据,不锈钢管坯料内孔的温度一般要比外表面温度高80~150℃以上,空心坯料的感应再加热就是在这种条件下进行的。而在高温感应加热时,由于坯料的电流穿透深度较大,如加热时间较长,或采用大功率加热,则会使坯料内孔的温度进一步升高。这是不希望的。希望得到的是,空心坯料通过在挤压前的再加热,内表面的温度略低于外表面,以便在挤压后不锈钢管的内外表面温差最小。


图 2-18.jpg


 为此,曾有人提出,穿孔前不锈钢管坯料的感应加热采用工频加热炉。而穿孔后挤压前的空心坯料的感应再加热采用高频加热炉更为有利。图 2-18 所示为不锈钢管坯料在各个阶段经感应加热后温度分布曲线。