Довольно широкое и все возрастающее применение нахо­дит электрический индукционный нагрев. Его производят вихревыми токами (токами Фуко), возникающими в металле, внесенном в пе­ременное магнитное поле. Последнее создается обмоткой, питае­мой переменным током. В этом случае обмотка, создающая поле, или индуктор, может рассматриваться как первичная обмотка транс­форматора, а нагреваемый металл — как вторичная обмотка, замк­нутая накоротко. Таким образом, для индукционного нагрева необходим источник переменного тока соответствующей частоты и достаточной мощности — индуктор, размеры и форма которого

определяются размерами, формой и свойствами металла нагревае­мого изделия (рис. 46, о).

Для индукционного нагрева первостепенное значение имеет час­тота тока. При малых частотах, например при частоте промышлен­ного переменного тока 50 гц, передача энергии от индуктора к на­греваемому металлу идет медленно. Практически может быть пере­дана лишь небольшая тепловая мощность, увеличивающая темпе­ратуру металла всего на несколько сотен градусов, что иногда ис­пользуется для незначительного, медленно протекающего нагрета. С повышением частоты передача тепла становится более интенсив­ной, и при частотах 2000— 3000 гц уже можно плавить металл в элек­трических индукционных печах. Для сварки же оптимальными оказываются более высокие частоты — от сотен тысяч герц до мега­герц. Частоты в несколько тысяч герц дают машинные генераторы переменного тока, приводимые во вращение обычными электродви­гателями. Более высокие частоты получают в ламповых генераторах, преобразующих при помощи электронных ламп обычный промыш­ленный ток в токи высокой частоты. От генератора ток идет к индук-

тору, представляющему собой обмотку из одного или нескольких витков медной трубки, по которой протекает охлаждающая вода. Форма индуктора соответствует нагреваемому изделию. Некоторые типы индукторов показаны на рис. 46, б.

Важное значение для индукционного нагрева имеет так называе­мый поверхностный эффект, или скин-эффект, суть которого состоит в том, что переменный ток распределяется по сечению проводника неравномерно. При этом плотность его максимальна у поверхности проводника, где и выделяется большая часть тепла. Степень неравно­мерности зависит от частоты тока и свойств материала проводника. При низких частотах, например при промышленной частоте 50 гц, скин-эффект незначителен, и рс многих случаях его можно не при­нимать во внимание, %

Неравномерность распределения тепловой мощности может быть оценена толщиной поверхностного слоя металла (глубиной прогрева), в котором выделяется приблизительно 90% всего тепла:

d =5,3 ■ 104 Yjj см’ (Ш.29)

где р — удельное сопротивление, ом • см

(і — магнитная проницаемость металла; f — частота тока, гц.

При нагреве сталир возрастает, а р уменьшается. После точки Кюри (—800 °С) р скачком уменьшается до единицы. Следовательно, при повышении температуры толщина прогреваемого слоя возрастает. Выше точки Кюри почти все стали прогреваются приблизительно на одинаковую толщину, поскольку их р и и становятся примерно равными. При выводе формулы (111.29) использован ряд упрощаю­щих предположений; более точные значения толщин поверхностного слоя определяются опытным путем. Результаты некоторых опытов приведены в табл. 8.

Таблица 8

Опытные значения толщин прогреваемого поверхностного слоя, мм

Из формулы (111.29) и табл. 8 следует, что токи достаточно высо­кой частоты проникают на незначительную глубину металла и ин­дукционный нагрев из объемного практически превращается в по­верхностный. Токи в поверхностных, очень небольших объемах ме­талла быстро нагревают их до температуры пластического состоя­ния и до расплавления.

На описанном нагреве основан индукционный метод сварки, ши­роко применяемый при изготовлении тонкостенных сварных труб и других деталей. Индукционный нагрев используется также для пайки, подогрева изделий перед сваркой и т. п.