CC BY
61
УДК 621.372.83
ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
О. А. Эмилова1 Научный руководитель - В. С. Тынченко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
1Е-ша11: shyx_89@mail.ru
Представлено краткое описание индукционных нагрева и пайки, выделены недостатки ручного труда оператора при выполнении работы с индукционным нагревом, сформулированы цель и задачи автоматизации процесса индукционного нагрева, приведены пути решения для частичной автоматизации процессов нагрева и пайки.
Ключевые слова: автоматизация, индукционный нагрев, пайка, индукционная пайка, автоматизированные системы управления (АСУ), изделие.
THE PROBLEM OF AUTOMATION OF THE INDUCTION HEATING PROCESS
AND WAYS OF THEIR SOLUTION
O. A. Emilova1 Scientific Supervisor - V. S. Tynchenko
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation ^-mail: shyx_89@mai1.ru
A brief description of the induction heating and soldering are highlighted operator disadvantages of manual labor during the work with induction heating, and the purpose stated problem of automation of the induction heating process are provided solutions for heating and partly automated soldering processes.
Keywords: automation, induction heating, soldering, induction soldering, automated control systems (ACS), the product.
Автоматизация процесса на производстве полностью или частично устраняет участие человека в данном процессе. После исключения человека осуществляется подключение к выполнению производственных функций специализированного оборудования. Цель любой автоматизации - это повышение эффективности.
Автоматизация решает различные типы задач, в нашем случае мы будем рассматривать частичную автоматизацию процесса индукционного нагрева.
Советскими учеными создан и внедрен в промышленность - индукционный нагрев. Он основан на известном законе электротехники: если в переменное магнитное поле поместить проводник, то в нем возникнет электрический ток. Ток возникает не по всему сечению проводника, а только в поверхностном слое.
Индукционный нагрев отличается большой скоростью и равномерностью, не дает окалины. Этим способом можно нагревать длинные и короткие заготовки под штамповку, высадку, осадку и прессование. Он успешно применяется там, где невозможен контактный нагрев: концевой нагрев под высадку, полный нагрев коротких единичных заготовок диаметром выше 75 мм.
Индукционный нагрев способствует улучшению условий труда нагревальщиков и кузнецов, приближая их к условиям работы механических цехов, позволяет автоматизировать процесс нагрева [1].
На основании данного метода организована индукционная пайка металлов.
Секция «Информационно-управляющие системы»
Пайка - процесс соединения металлов или неметаллических материалов посредством расплавленного присадочного металла, называемого припоем и имеющего температуру плавления ниже температуры плавления основного металла (или неметаллического материала) [2].
Пайка соединений путем индукционного нагрева происходит посредством индуктируемых в деталях вихревых токов.
Индукторы изготовляются из медных трубок, преимущественно прямоугольного или квадратного сечения в зависимости от конфигурации деталей, подлежащих пайке. Пример индуктора изображен на рис. 1.
В настоящее время на большинстве предприятий использующих технологию пайки процесс осуществляется вручную непосредственно оператором, который наблюдает за процессом нагрева, определяя визуально момент расплавления припоя и заполнения шва, находясь при этом в зоне паров флюсов и припоев. Ручное управление процессом пайки не обеспечивает точного соблюдения необходимых режимов нагрева и их повторяемость, поэтому качество пайки во многом зависит от квалификации исполнителя, т. е. возможны недогревы и перегревы и как следствие непропаи, деформации, коробления и прожоги деталей. Все это приводит к образованию дефектов паяных швов. Следовательно, для обеспечения точного выполнения технологического режима процесса пайки, исключения человеческого фактора и обеспечения высокого качества паяных соединений необходима автоматизация данного процесса [3]. Для достижения данной цели на необходимо выполнить следующие задачи:
- создание эффективных и качественных систем управления режимом индукционного нагрева;
- анализ различных структур автоматизированной системы управления (АСУ), разработка предпочтительной структуры системы с точки зрения качества управляемого процесса для получения изделий с заданными параметрами;
- параметрическая оптимизация АСУ процессом индукционного нагрева и определение коэффициентов настроек управляющего устройства для получения стабильного качества готовых изделий [4].
Для решения вышеизложенных задач приняты следующие пути их решения:
1. Разработка блока автоматической системы управления АСУ, состоящего из ПК с соответствующим программным обеспечением;
2. Применение высокочастотных преобразователей АЦП и ЦАП;
3. Создание закрытого контура регулирования температуры деталей с использованием датчиков температур (пирометров);
4. Использование управляемого генератора [5].
Индукционный нагрев устраняет недостатки и проблемы с качеством изделий. После калибровки и запуска системы отклонений не возникнет: параметры нагрева стабильны и надежны.
При помощи высокочастотных преобразователей достигается температура с высокой точностью, что обеспечивает равномерный результат; преобразователь можно включать и выключать
Рис. 1. Петлевые индукторы для нагрева наружной (а) и внутренней (б) поверхности
мгновенно. Благодаря закрытому контуру регулирования температуры передовые системы индукционного нагрева способны измерять температуру каждой детали индивидуально. Скорость роста, поддержания и снижения температуры может устанавливаться отдельно для каждого конкретного случая, а данные по каждой обрабатываемой детали заносятся в память.
При индукционном нагреве обрабатываемая деталь никогда не вступает в прямой контакт с пламенем или с другим нагревающим элементом; теплота возникает прямо внутри детали под действием переменного тока. В результате деформации, искажения и брак изделия сводится к минимуму. Для достижения максимального качества продукта деталь можно изолировать в закрытой камере с контролируемой атмосферой - в вакууме, инертной или разреженной атмосфере - для устранения окисления.
Резюмируя вышеизложенное, можно говорить об индукционной пайке как о способе, позволяющем повысить качество и скорость получения паяных соединений. При этом актуальной задачей остается дальнейшая разработка оборудования для автоматизации индукционной пайки, позволяющего снизить степень участия человека в технологическом процессе.
Библиографические ссылки
1. Барановский М. А. В помощь кузнецу-штамповщику. Минск : Беларусь, 1976. С. 205.
2. Злобин С. К. Пайка тонкостенных волноводных трактов из сплавов на основе алюминия с использованием индукционного нагрева // Решетневские чтения : материалы XIV Междунар. науч. конф. В 2 ч. Ч. 1. Красноярск, 2010.
3. Успенский А. Н. Автоматизация процесса пайки конструкций из алюминиевых сплавов // актуальные проблемы авиации и космонавтики // Решетневские чтения : материалы VII Всерос. науч.-практ. конф. В 2 ч. Ч. 1. Красноярск, 2011. С. 412-413.
4. Тун Мин Наинг. Система автоматического управления технологическим процессом нагрева стальной проволоки и ленты при закалке в непрерывном конвейерном режиме : автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.13.06 [Место защиты: Мос. гос. инст. электрон. техн. (технич. ун-т)]. М., 2008. 27 с.
5. Автоматизированное оборудование и технология для пайки волноводных трактов космических аппаратов / С. К. Злобин, М. М. Михнев [и др.] // Вестник СибГАУ. 2014. Вып. 4(56). С.219-229.
© Эмилова О. А., 2016
