3.2. Знегажування металевої арматури евп

Зменшення газомісткості в металах можна виразити певною послідовністю: залізо, нікель, мідь, молібден та вольфрам (в залізі вміст газів досягає 500 см³ на 0.1 кг металу, а у вольфрамі - не перевищує 0.1 см³ на 0.1 кг). Однак ця закономірність є умовною, через те що кількість та склад газів в металевих деталях залежить не тільки від різновидності металу, але й від способу його одержання, механічної, термічної та хімічної обробки, зберігання і т. ін. Знегажування металевих деталей вважається задовільним, якщо кількість газів та парів в них не перевищує 1 см³ на 0.1 кг. Часом повного знегажування деталі вважається час, на протязі якого кількість газу, що виділяється з деталі за 1с, зменшується до 0.5-1% від максимальної величини. Якісний склад газів та парів в металах також різний, він залежить від різновидності металів, способів їх одержання та обробки. При знегажуванні металів легше видаляється водень, що пов'язано з малим розміром його молекул, легкістю їх дифузії та нестійкістю хімічних сполук. Найбільш важко видаляється кисень (особливо з металів, які легко окислюються).

По мірі нагрівання деталей прискорюються фізико-хімічні процеси, які сприяють видаленню газів та парів: розклад хімічних сполук металу з газами та парами; дисоціація молекул газів та парів на атоми; дифузія атомів через товщу металу на поверхню; сублімація газів та парів з поверхні.

З підвищенням температури швидкість знегажування різко зростає через те, що швидкість дифузії експоненціально залежить від температури. Вибір оптимальної температури знегажування залежить від формостійкості деталей, температури початку інтенсивного розпорошування металу та температури плавлення. На практиці застосовують чотири основних методи нагрівання металевих деталей:

1) струмами високої частоти - індуктивний;

2) постійним струмом або змінним струмом промислової частоти, який пропускається безпосередньо через деталі;

3) електронним або іонним бомбардуванням деталі;

4. тепловим випромінюванням від інших нагрітих деталей.

3.2.1. Знегажування металевих деталей струмами високої частоти

Струми високої частоти створюються генераторами високої частоти. Високочастотний індуктор, що являє собою катушку (соленоїд), підноситься до деталей, які потрібно знегазити. Змінний електричний струм, що протікає по витках індуктора, створює в ньому змінне магнітне поле. Магнітний потік цього поля замикається в площині, перпендикулярній до напрямку електричного струму в витках індуктора. Високочастотна котушка має форму та габарити, при яких магнітний потік пересікає (пронизує) електропровідний замкнутий контур, що створюється знегажуваними деталями. При зміні цього потоку в катушці збуджуються індукційні високочастотні струми (струми Фуко). Внаслідок того, що опір масивного провідника (знегажувана деталь) дуже малий, струми індукції досягають дуже великої величини. Нагрівання деталі високочастотними струмами обумовлюється двома процесами:

1) виділенням джоулевого тепла у відповідності з законом Джоуля-Ленца за рахунок дії вихрових струмів;

2) виділенням тепла, пов'язаним з втратами електричної енергії на перемагнічування (гістерезис).

Корисна потужність (Вт), яка індукується в деталях, що нагріваються,

, (36)

де А - стала величина, яка залежить від конструкції високочастотного індуктора; Z=NI - число ампер-витків котушки; f - частота струму, який протікає через котушку; m - магнітна проникливість матеріалу деталі; r - питомий електричний опір матеріалу деталі.

З формули випливає, що зі збільшенням частоти струму, магнітної проникливості, питомого електричного опору матеріалу деталі і особливо числа ампер-витків котушки зменшується час, який необхідний для розігрівання деталі до температури знегажування. Однак зі збільшенням частоти струму та магнітної проникливості зменшується глибина проникнення високочастотного електромагнітного поля в товщу деталі і відповідно погіршується рівномірність прогрівання деталі (при частоті 1 кГц струм практично зосереджується в шарі металу товщиною не менше 2 мм; при частоті 1000 кГц струм зосереджується в шарі не більше 0.2 мм).

Глибиною проникнення h (мм) високочастотного поля в електрод, що нагрівається, називають таку товщину шару металу електрода, на якій амплітуда електромагнітної хвилі затухає приблизно на 37%, і визначається як

. (37)

Оптимальна частота струму - 20-40 кГц. Ефективність нагрівання арматури ЕВП залежить також від форми та розміщення індукторів.

Найбільш поширені конструкції індукторів показані на мал. 19. З точки зору коефіцієнта корисної дії системи "індуктор - деталь, що нагрівається" оптимальною є циліндрична форма індуктора (мал. 19, а). При циліндричній конструкції можна змінювати в аксіальному напрямку форму поля всередині індуктора і відповідно здійснювати вибіркове нагрівання різних деталей внутрішньої арматури. Недоліком циліндричних індукторів при централізованій системі живлення є складність регулювання поля кожного індуктора окремо. Торцеві та тунельні індуктори (мал. 19, б, в) дозволяють регулювати напруженість магнітного поля в зоні нагрівання шляхом змінювання відстані між котушками. Однак втрати в системі "індуктор - деталь, що нагрівається", різко зростають, що викликає збільшення потужності джерела ВЧ-енергії. На ефективність нагрівання деталей впливає їх геометрична форма та розміщення котушок, які за конструкцією можуть бути плоскими та циліндричними. Число ампер-витків NI індуктора, необхідне для нагрівання електродів в процесі їх знегажування

, (38)

де I - струм високої частоти, що проходить через індуктор, А; S - поверхня електрода, см²; - випромінююча здатність металу електрода; k - стала, яка залежить від відношення діаметра індуктора до діаметра електрода, що нагрівається; f - частота коливань, Гц; m - магнітна проникливість; r - питомий опір матеріалу при температурі Т, ом×см.

Мал. 19. Конструкції індукторів для нагрівання деталей струмами високої частоти