JP2006244763A - Magnetic heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、金属材の熱処理、または金属材の溶接工程の予熱または後熱に使用される磁気加熱装置に関するものである。 The present invention relates to a magnetic heating device used for heat treatment of a metal material, or preheating or postheating of a welding process of a metal material.
従来の金属材用加熱装置は、金属の磁気的な発熱作用を利用したものがいくつか提案されている。例えば空隙部を有する高透磁率のコアを用いて磁気的なループを形成し、空隙部中に置かれた金属材を磁化による発熱作用で加熱するものであった。(例えば特許文献1参照)。 Several conventional metal heating devices have been proposed that utilize the magnetic heat generation of metal. For example, a magnetic loop is formed using a core with high permeability having a void portion, and a metal material placed in the void portion is heated by a heat generation action by magnetization. (For example, refer to Patent Document 1).
従来の金属材用加熱装置は、空隙部におかれた被加熱物を貫通する磁束を発生させるコア(鉄心)の断面形状が被加熱物の断面形状とは異なるものであるため、被加熱物の内部での磁束の分布が均一にならず、磁束の分布にほぼ比例する磁気的な発熱分布も均一でなかった。 In the conventional metal material heating device, the cross-sectional shape of the core (iron core) that generates the magnetic flux penetrating the heated object placed in the gap is different from the cross-sectional shape of the heated object. The distribution of the magnetic flux inside the magnet was not uniform, and the magnetic heat generation distribution almost proportional to the distribution of the magnetic flux was not uniform.
被加熱物である金属材の寸法が比較的小さい場合は、発熱分布が均一でなくても熱伝導により結果的にほぼ均一に昇温させることができたが、寸法の大きい被加熱物を処理する場合には熱伝導による均一な昇温が困難であり、また磁束の貫通する方向と直角な方向に対する断面積が一定でない被加熱物の場合には発熱分布自体が均一にならず、やはり均一に昇温しないという問題点があった。 When the size of the metal material to be heated is relatively small, even if the heat distribution is not uniform, the temperature could be raised almost uniformly as a result of heat conduction. It is difficult to raise the temperature uniformly due to heat conduction, and in the case of an object to be heated whose cross-sectional area is not constant in the direction perpendicular to the direction of magnetic flux penetration, the heat generation distribution itself is not uniform. However, there was a problem that the temperature did not rise.
また、被加熱物の磁化による発熱効果は磁気ヒステリシス損と渦電流損によるものであるため、金属材の材質、温度および供給する電源の電圧、周波数によって変化する。
従って、被加熱物が磁性体の場合には、被加熱物内の磁束密度が飽和しない値にすると共に、可能な最大の電力を供給できるように適切な周波数、電圧を設定する必要があるが、特許文献1に示された装置では、この面からの配慮がされていなかった。
Further, since the heat generation effect due to the magnetization of the object to be heated is due to magnetic hysteresis loss and eddy current loss, it varies depending on the material and temperature of the metal material and the voltage and frequency of the power supply to be supplied.
Therefore, when the object to be heated is a magnetic material, it is necessary to set the appropriate frequency and voltage so that the magnetic flux density in the object to be heated is not saturated and the maximum possible power can be supplied. In the apparatus disclosed in
また、磁性体の磁気変態点を超えるような加熱の場合や、被加熱物が非磁性体である場合は、磁性体を加熱する場合に比べて磁気ヒステリシス損の割合が著しく減少するため、渦電流損による発熱を最大限に利用する必要があるが、磁性がないため渦電流の浸透深さが大きくなる結果、磁気変態点以下の磁性体の場合に比べて周波数を高くする必要がある。
しかし、特許文献1に示された装置は、この点についても考慮されていないという問題点があった。
Also, in the case of heating exceeding the magnetic transformation point of the magnetic material, or when the object to be heated is a non-magnetic material, the ratio of magnetic hysteresis loss is significantly reduced compared to the case of heating the magnetic material. It is necessary to make maximum use of heat generation due to current loss. However, since there is no magnetism, the penetration depth of the eddy current is increased. As a result, it is necessary to increase the frequency as compared with the case of a magnetic body below the magnetic transformation point.
However, the apparatus disclosed in
更に、被加熱物が強磁性体である場合には、被加熱物の貫通磁束により、磁束を遮断しても残留磁気があり、次工程に搬送される被加熱物が周囲機器に磁気的な悪影響を与えることもあった。 Further, when the object to be heated is a ferromagnetic material, there is residual magnetism even if the magnetic flux is interrupted by the magnetic flux penetrating the object to be heated, and the object to be heated conveyed to the next process is magnetically There was also an adverse effect.
この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、被加熱物の寸法と材質に応じて適切な加熱を行い、被加熱物を均一にかつ急速に昇温して熱処理などの利用に供することができる磁気加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and performs appropriate heating according to the size and material of the object to be heated, and heats the object to be heated uniformly and rapidly. An object of the present invention is to provide a magnetic heating device that can be used for the above-mentioned use.
この発明に係る磁気加熱装置は、被加熱物を鉄損による発熱作用にて所定温度まで加熱し熱処理を行う磁気加熱装置において、積層された電磁鋼板で磁気的に結合され空隙部を有する主鉄心、上記主鉄心に周回状に取り付けられた加熱コイル、上記主鉄心の空隙部に補助鉄心を介して配設された被加熱物、上記加熱コイルに交流を印加する電源装置、上記電源装置の発生する電圧および周波数を設定する制御装置、上記加熱コイルに供給される電流を測定する電流検出器、上記被加熱物を貫通する磁束量を検出する磁束検出器、および上記被加熱物の温度を検出する温度検出手段を備えたものである。 A magnetic heating device according to the present invention is a magnetic heating device that heats an object to be heated to a predetermined temperature by heat generation due to iron loss, and heat-treats the main iron core that is magnetically coupled by laminated electromagnetic steel plates and has a gap. , A heating coil attached to the main iron core in a circular manner, an object to be heated disposed through an auxiliary iron core in a gap of the main iron core, a power supply device for applying an alternating current to the heating coil, and generation of the power supply device A control device for setting the voltage and frequency to be operated, a current detector for measuring the current supplied to the heating coil, a magnetic flux detector for detecting the amount of magnetic flux passing through the heated object, and detecting the temperature of the heated object Temperature detecting means is provided.
この発明に係る磁気加熱装置は上記のように構成されているため、種々の磁気的材質の被加熱物を所定温度に急速に均一に加熱することができる。 Since the magnetic heating apparatus according to the present invention is configured as described above, an object to be heated of various magnetic materials can be rapidly and uniformly heated to a predetermined temperature.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1による磁気加熱装置の構成を示す概略図、図2および図3は、図1における空隙部付近の構成を拡大して示す説明図である。
実施の形態1の磁気加熱装置は図1に示すように、L字状に形成された上部鉄心1と、同様にL字状に形成され、上部鉄心1との間に空隙部20を介して対向配置された下部鉄心2と、上記両鉄心と磁気的に結合するように配置された後部鉄心3とから構成された鉄心構造を有する。
As shown in FIG. 1, the magnetic heating device according to the first embodiment is formed in an L-shaped
上部鉄心1、下部鉄心2および後部鉄心3はそれぞれ積層された電磁鋼板で作られ、製作上の容易さの点からその断面形状は正方形または長方形とされている。上部鉄心1と下部鉄心2との間の空隙部20の上部鉄心1側には補助鉄心14が設けられ、下部鉄心2側には補助鉄心15が設けられると共に、両補助鉄心14、15の間には例えば円柱形状の被加熱物6が置かれ、上部鉄心1、下部鉄心2、後部鉄心3と共に磁気回路を構成している。
The
上部鉄心1には上コイル4が巻装され、下部鉄心2には下コイル5が巻装され、両コイルは直列接続されてインバータ(図示せず)内蔵の電源装置7に接続され、所定の電圧および周波数の交流が印加されて上部鉄心1および下部鉄心2に磁束を発生するようにされている。
An
また、上記の磁束は補助鉄心14、15を通して被加熱物6を貫通し、被加熱物6の内部で鉄損による発熱作用、すなわち磁気ヒステリシス損失および渦電流損失による発熱を生じ、被加熱物6を加熱して昇温する。
Further, the magnetic flux penetrates the object to be heated 6 through the
ここで、効率よく磁束を発生させるためには、被加熱物6と上部鉄心1および下部鉄心2との各々の空隙はできる限り小さくする必要がある。また、被加熱物6は一般的に種々の寸法、形状のものが処理されるため、被加熱物6の高さに合わせて上部鉄心1を昇降できるようにするため、上部鉄心1には昇降機構12が取り付けられている。この昇降機構12には周知のシリンダ機器が使用される。
Here, in order to generate a magnetic flux efficiently, it is necessary to make each space | gap of the to-be-heated
一方、被加熱物6は図示しない搬送機構によって、上部鉄心1と下部鉄心2の間の空隙部20に搬入され、所定温度に加熱された後に再び搬送機構によって搬出されるようになっている。また、上部鉄心1を昇降させるときに後部鉄心3との干渉を防ぐために、後部鉄心3は上部鉄心1から離れる必要があることから、後部鉄心3には水平方向移動用の機構13が付属されている。この機構13にもシリンダ機器が使用されている。
On the other hand, the object to be heated 6 is carried into a
ここで、補助鉄心14、15がない状態では、上部鉄心1および下部鉄心2から出た磁束Φ1は、図2に示すように、被加熱物6を垂直に貫通せず、特に被加熱物6が炭素鋼のような強磁性体である場合には、磁束Φ1は磁気抵抗の小さい経路、すなわち空隙距離の短い経路を通って被加熱物6に入る。
Here, in the state where the
また、被加熱物6が強磁性体以外の非磁性体のような金属材であっても、上部鉄心1および下部鉄心2の端面の近傍では、上部鉄心1および下部鉄心2から出る漏れ磁束Φ2が被加熱物6の上面および下面のみを通る。上部鉄心1および下部鉄心2は、磁気加熱装置にて処理される種々の被加熱物6の最大の断面積を想定して、通常はその断面積が被加熱物6のそれよりも大きく作られている。そのため、被加熱物6の上面および下面付近では、上述したような均一でない磁束分布が顕著になる傾向が強く、被加熱物6の上面および下面が主に発熱して被加熱物6の中での発熱は均一でなくなる。
Further, even if the object to be heated 6 is a metal material such as a non-magnetic material other than a ferromagnetic material, the leakage magnetic flux Φ emitted from the
実施の形態1の磁気加熱装置では図3(a)に示すように、上部鉄心1の下部、および下部鉄心2の上部に各々、補助鉄心14、15が配置されている。補助鉄心14、15の断面形状は被加熱物6の断面に合わせて形成されており、その断面積も被加熱物6の断面積と同一に形成されている。
In the magnetic heating apparatus of the first embodiment, as shown in FIG. 3A,
また、補助鉄心14、15は、被加熱物6と同一の磁気的特性を持つ材質で製作されている。すなわち、被加熱物6が強磁性体である場合には、補助鉄心14、15も強磁性体、すなわち鋼材で製作し、被加熱物6が常磁性体のようないわゆる非磁性体である場合には、補助鉄心14、15も非磁性体で製作する。なお、非磁性体の場合には強度を高くするためにステンレス鋼(オーステナイト系)で製作するのが望ましい。
The
これらの補助鉄心14、15を配置することにより、補助鉄心14、15と被加熱物6との境界面では断面形状と磁気的材質が同じであるため、図3(a)に示すように、磁束Φ1は境界面を垂直に通過する。また、上部鉄心1および下部鉄心2の近傍での漏れ磁束は被加熱物6には影響せず、被加熱物6の内部での磁束の不均一はなくなる。そのため、被加熱物6はどの部分においても鉄損による発熱、すなわち磁気ヒステリシスおよび渦電流により均一に発熱するため、均一に昇温させることができる。図3(b)に示す磁気検出器17については後述する。
By arranging these
補助鉄心14、15は主鉄心である上部鉄心1、下部鉄心2に非磁性のボルトなどでそれぞれ結合されている。よって、被加熱物6の上部の補助鉄心14は上部鉄心1と一体で昇降し、被加熱物6の空隙部20への搬入、搬出には影響を与えない。また、下部の補助鉄心15は下部鉄心2と共に固定された状態にあるため、被加熱物6は下部の補助鉄心15の上に置かれて加熱されてもよいが、被加熱物6による下部の補助鉄心15への機械的な損傷を避けるため、薄い絶縁板(図示せず)を下部の補助鉄心15の上に置くようにしている。
The
また、補助鉄心14、15は被加熱物6と同様の発熱作用を受けるために、図4に示すように、内部に冷却パイプ18を通して水で冷却し、昇温を最小限に抑え、繰り返して使用できるようにしている。
Further, since the
補助鉄心14、15は被加熱物6の磁気的材質、形状に対応して個別に製作されるので、被加熱物6の種類変更時には補助鉄心14、15も取り替えることになる。
Since the
図2および図3では被加熱物6の断面積が上部鉄心1および下部鉄心2よりも小さい場合を示したが、仮に被加熱物6の断面積が上部鉄心1および下部鉄心2よりも大きい場合には、図5に示すように、補助鉄心14、15を被加熱物6の断面形状に合わせて作って配置することは云うまでもない。
2 and 3 show the case where the cross-sectional area of the object to be heated 6 is smaller than that of the
また、図6に示すように、被加熱物6の上端面と下端面の径が異なる場合には、補助鉄心14、15をそれぞれ被加熱物6の上端面および下端面の断面形状に合わせた形状で製作して配置することにより、補助鉄心14、15から入る磁束Φ1が被加熱物6に平行に入るようにする。従って、被加熱物6は上端と下端とで径の差があっても均一に昇温させることができる。
Moreover, as shown in FIG. 6, when the diameters of the upper end surface and the lower end surface of the object to be heated 6 are different, the
ここで実施の形態1による磁気加熱装置の加熱動作について説明する。図1に示す制御装置8には、あらかじめ被加熱物6の寸法、磁気的な材質(強磁性体、常磁性体、その他の金属材を区分する種類)、所定の加熱目標温度が入力されている。磁気加熱装置の起動時には制御装置8にて、被加熱物6の形状、材質に合わせて上コイル4および下コイル5に印加する交流の周波数および電圧を以下のような判断過程で決定する。
Here, the heating operation of the magnetic heating apparatus according to the first embodiment will be described. The
(1)上部鉄心1、下部鉄心2、後部鉄心3および補助鉄心14、15で計算される全鉄心の磁気抵抗に、被加熱物6の予想される磁気抵抗を加えて、磁気回路の全磁気抵抗が計算される。実際には上部鉄心1、下部鉄心2、後部鉄心3の磁路長が大半を占めるため、この計算では補助鉄心14、15および被加熱物6は考慮しなくても大きな影響はない。
(1) The total magnetic resistance of the magnetic circuit is obtained by adding the expected magnetic resistance of the object to be heated 6 to the magnetic resistance of the entire core calculated by the
周波数は50〜100Hzの間を基準として、上述の全磁気抵抗から求めた上コイル4、下コイル5のインピーダンス(周波数、磁気抵抗、コイルの巻数で決まる)と、電源装置7の発生できる定格電圧および定格電流に近づくように適正な周波数、電圧が決定される。
周波数の基準を50〜100Hzとするのは、インバータとして使用される汎用タイプのものが出力できる一般的な周波数(最大400Hz)とし、上下の周波数の範囲に調整のための余裕代を見ているためである。
The frequency is between 50 and 100 Hz as a reference, the impedance of the
The frequency standard is 50 to 100 Hz, which is a general frequency (maximum 400 Hz) that can be output by a general-purpose type used as an inverter, and there is a margin for adjustment in the upper and lower frequency ranges. Because.
(2)起動時の電圧は低く設定される。これは、起動時に上コイル4、下コイル5に大きな電流が流れることによる電源装置7の過電流トリップを防ぐためである。加熱装置の起動後に電流検出器11により上コイル4、下コイル5に流れる電流を計測して制御装置8に入力し、電源装置7の許容電流との差を計算して電圧の増減度合いを決定し、電源装置7に電圧を指令する。被加熱物6の温度上昇と共に、その抵抗率や比透磁率が変化し、磁気抵抗も若干変化するため、上記の電流は変化していき、電圧は上記の判断過程で常時変更される。
(2) The starting voltage is set low. This is to prevent an overcurrent trip of the power supply device 7 due to a large current flowing through the
設定された周波数、電圧は制御装置8から電源装置7に指令されて、上コイル4、下コイル5に所定の交流が印加される。被加熱物6の温度は温度計10にて常時計測されている。また、被加熱物6の周囲に配置された環状の磁束検出器17により被加熱物6を貫通する磁束を計測する。
The set frequency and voltage are commanded from the
磁束検出器17は環状の導電体で、環状導電体に発生する電圧はその内部を貫通する磁束に比例するという原理を用いて、導電体の両端に発生した電圧を計測することにより導電体内部に貫通している磁束、すなわち被加熱物6に貫通している磁束を計算することができる。また、被加熱物6の断面積が分かっていれば被加熱物6の磁束密度を計算することができる。
The
磁気加熱装置の起動中は、この磁束検出器17の発生電圧が常時、制御装置8に入力され、制御装置8で計算された被加熱物6の磁束密度により、以下の判断と指令が自動的に行なわれる。
During startup of the magnetic heating device, the voltage generated by the
(1) 被加熱物6が強磁性体(鉄、コバルト、ニッケルなど)である場合:
磁束密度が被加熱物6の飽和磁束密度を超えると磁気ヒステリシスによる発熱が著しく減少するため、飽和磁束密度より小さい磁束密度で加熱される必要がある。
上部鉄心1および下部鉄心2の磁束密度は電源装置7から印加される電圧および周波数でほぼ決定され、これは被加熱物6の貫通磁束も決定する。従って、被加熱物6の磁束密度は、予想できる飽和磁束密度(約1.0テスラ)を超えない範囲で可能な限り高い値になるように電圧、周波数が設定される。なお、磁束密度は、供給される電源の電圧にほぼ比例し、周波数にほぼ反比例する。
(1) When the
When the magnetic flux density exceeds the saturation magnetic flux density of the
The magnetic flux density of the
(2) 被加熱物6が常磁性体(アルミなど)である場合:
強磁性体に比べて磁化率が著しく小さいため、渦電流による発熱の割合が大きく、磁気ヒステリシスによる発熱は小さい。従って、可能な限り高い磁束密度を発生できるように低い周波数、高い電圧が要求される。
(2) When the
Since the magnetic susceptibility is significantly smaller than that of a ferromagnetic material, the rate of heat generation due to eddy current is large, and the heat generation due to magnetic hysteresis is small. Therefore, a low frequency and a high voltage are required so that the highest possible magnetic flux density can be generated.
ただし、以下の式(1)で計算される渦電流の浸透深さは被加熱物6の径の1/3から1/7が一般に適当とされているため、供給できる下限の周波数がある。従って、被加熱物6の怪に応じて下限の周波数よりも高い周波数が設定される。なお、以下の式(1)に示す被加熱物の抵抗率は、あらかじめ制御装置8に被加熱物6の情報として入力されている必要がある。
However, since the penetration depth of the eddy current calculated by the following equation (1) is generally 1/3 to 1/7 of the diameter of the
(3) 被加熱物6が上記以外の金属である場合:
磁性をほとんど有しないため、渦電流による発熱の割合が大半を占める。常磁性体と同様に、渦電流の浸透深さが適切な値になるように周波数が設定される。上記(2)と同じく、式(1)に示す被加熱物6の抵抗率はあらかじめ制御装置8に被加熱物6の情報として入力しておく必要がある。
(3) When the
Since it has almost no magnetism, the proportion of heat generated by eddy currents occupies the majority. Similar to the paramagnetic material, the frequency is set so that the penetration depth of the eddy current becomes an appropriate value. Similarly to the above (2), the resistivity of the object to be heated 6 shown in the equation (1) needs to be input to the
被加熱物6は温度上昇と共にその抵抗率が増大し、比透磁率も変化するため、鉄心と合わせた磁気抵抗も若干変化し、周波数、電圧が一定であっても磁束密度は随時変化していくが、磁束検出器17により被加熱物6の磁束密度が常時計測され、上述の判断過程により磁束密度が常に最適値になるように周波数、電圧が調整される。
As the temperature of the object to be heated 6 increases, its resistivity increases and the relative permeability also changes, so that the magnetic resistance combined with the iron core also changes slightly, and even if the frequency and voltage are constant, the magnetic flux density changes at any time. However, the magnetic flux density of the
これらの電圧および周波数決定の制御ブロックを図7に示す。すなわち制御装置8にA、B、C、D、Eの各情報が入力される。Aは被加熱物6に関する情報であり、被加熱物の寸法、質量、材質、加熱目標温度および抵抗率が入力される。
A control block for determining these voltages and frequencies is shown in FIG. That is, each information of A, B, C, D, and E is input to the
Bは上コイル4と下コイル5の巻数および鉄心の磁気抵抗に関する情報であり、これらの情報にもとづいてFで回路インピーダンスの計算が行なわれる。
Cは電流検出器11の計測結果である。また、Dは磁束検出器17の計測結果であり、この結果にもとづいてGで被加熱物6の磁束密度が計算される。
B is information on the number of turns of the
C is a measurement result of the
Eは温度計10の計測結果であり、被加熱物6が強磁性体である場合には、この結果にもとづいてHで磁気変態点以上かどうかの判定が行なわれる。
上述した各情報にもとづいてJで電源装置7から供給される交流の電圧と周波数が計算されると共に、温度計10からの計測結果に対応して加熱終了の判断が行なわれ、Kで電源装置7に指令される。
E is a measurement result of the
The AC voltage and frequency supplied from the power supply device 7 are calculated in J based on the above information, and the end of heating is determined according to the measurement result from the
図6に示すような上端と下端とで径に差がある被加熱物6においては、磁束検出器17は径の小さい部分に対応するように配置される。径の大きい部分に比べて磁束密度が高くなる径の小さい部分を監視することにより、上述した磁束密度による判断が的確に行なわれる。また、磁束検出器17は上部鉄心1および上部の補助鉄心14に対して図示しないブラケットなどを介して結合されているため、上部鉄心1の昇降時に同時に昇降し、被加熱物6とは干渉しないようになっている。
In the object to be heated 6 having a difference in diameter between the upper end and the lower end as shown in FIG. 6, the
また、温度計10の計測信号により、被加熱物6の温度が所定の値に達したことを判断して電源装置7が停止されるようになっている。
Moreover, it is judged from the measurement signal of the
なお、図1の例では、上コイル4、下コイル5の接続は直列としているが、これは電源装置7に対して並列接続としても上記と同様の効果を期待することができる。この場合、上コイル4および下コイル5を同一の巻数として製作すれば、各々のインピーダンスがほぼ等しくなり流れる電流もほぼ同じになるため、電流検出器11は上コイル4、下コイル5のいずれか一方に付けるだけでよくなる。
In the example of FIG. 1, the connection of the
実施の形態1は上記のように構成されているため、補助鉄心14、15の効果によって被加熱物6を均一に昇温することができ、また被加熱物6の磁気的材質に応じて最適の周波数と電圧を供給でき、さらに、被加熱物6の磁束密度が常時監視されているため、被加熱物6の磁気的な材質にかかわらず、磁束密度が飽和することなく可能な最大の電圧と電流を供給することができて、所定の温度まで急速に昇温することができる。
Since the first embodiment is configured as described above, the temperature of the object to be heated 6 can be increased uniformly by the effect of the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2を図にもとづいて説明する。図8は、実施の形態2による磁気加熱装置の電源停止時における電圧の設定パターンを示すものであり、被加熱物として強磁性体を処理する場合を対象としたものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 shows a voltage setting pattern when the power supply of the magnetic heating apparatus according to the second embodiment is stopped, and is intended for the case of processing a ferromagnetic material as an object to be heated.
強磁性体は、図9に示すような磁気ヒステリシス曲線を持つため、被加熱物6を加熱している間に上コイル4、下コイル5に供給する電源を遮断すると、残留磁束密度(残留磁気)がある。磁束密度は供給する電圧にほぼ比例するため、供給する電圧が小さくなればこの磁気ヒステリシス曲線は小さくなり、残留磁束密度も小さくなる。
Since the ferromagnetic material has a magnetic hysteresis curve as shown in FIG. 9, if the power supplied to the
実施の形態2は、図8に示すように、電源装置の停止指令後に制御装置8からの指令に基づき、電圧が時間とともに減少してゼロになるような設定パターンとするものである。
磁束密度は供給される電圧にほぼ比例するため、上記のように電圧を減少させるようにすれば、被加熱物の磁束密度は減少し、図9に示す磁気ヒステリシス曲線も小さくなり、被加熱物6の残留磁束密度をほぼゼロにすることができる。
In the second embodiment, as shown in FIG. 8, a setting pattern is set such that the voltage decreases with time and becomes zero based on a command from the
Since the magnetic flux density is substantially proportional to the supplied voltage, if the voltage is reduced as described above, the magnetic flux density of the object to be heated decreases, the magnetic hysteresis curve shown in FIG. The residual magnetic flux density of 6 can be made almost zero.
実施の形態2は上記のように構成されているため、磁気加熱装置の停止時における強磁性体である被加熱物6の残留磁気を低減させることができる。
Since the second embodiment is configured as described above, it is possible to reduce the residual magnetism of the
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3を図にもとづいて説明する。図10は、実施の形態3による磁気加熱装置の周波数の設定パターンを示すものである。強磁性体である被加熱物6を、磁気変態点(約770℃)以下で加熱する場合には、磁気変態点以上で磁性が消滅するため、磁気ヒステリシスによる発熱がなくなり、渦電流による発熱のみとなる。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 shows a frequency setting pattern of the magnetic heating device according to the third embodiment. When the
また、磁性が消滅すると式(1)における比透磁率μsはほぼ1になるため、渦電流の浸透深さが著しく大きくなり、この値が被加熱物の径に比して大きくなれば加熱効率の低下を招く。上述のように渦電流の浸透深さは被加熱物の径の1/3から1/7が望ましいが、このように浸透深さを小さくするためには周波数を高くする必要がある。 Further, when the magnetism disappears, the relative permeability μ s in the formula (1) becomes approximately 1, so that the penetration depth of the eddy current becomes remarkably large, and if this value becomes larger than the diameter of the object to be heated, the heating is performed. It causes a decrease in efficiency. As described above, the penetration depth of the eddy current is preferably 1/3 to 1/7 of the diameter of the object to be heated. However, in order to reduce the penetration depth, it is necessary to increase the frequency.
実施の形態3はこれに対応するため、温度計10からの計測結果に基づき、被加熱物6の温度が磁気変態点以下の領域では制御装置8によって所定の周波数を指令し、被加熱物6の温度が磁気変態点に達すれば周波数を大きくするようにしたものである。
Since the third embodiment corresponds to this, based on the measurement result from the
例えば、被加熱物6の径が100mm程度であれば、磁気変態点以下の周波数を100Hz程度とし、磁気変態点以上では300〜400Hz程度に設定する。
この300〜400Hzの周波数の範囲では式(1)で計算される渦電流の浸透深さは約25〜30mmとなる。
For example, if the diameter of the
In this frequency range of 300 to 400 Hz, the penetration depth of the eddy current calculated by the equation (1) is about 25 to 30 mm.
実施の形態3は以上のように構成されているため、被加熱物6を磁気変態点以上に加熱する場合でも、効率よく加熱することができる。 Since Embodiment 3 is configured as described above, even when the object to be heated 6 is heated to a temperature above the magnetic transformation point, it can be efficiently heated.
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4を図にもとづいて説明する。図11(a)は実施の形態4による磁気加熱装置の炭素含有量と加熱目標温度との関係図を示すもので、例えば溶接工程(図示せず)の前の予熱として強磁性体である被加熱物を加熱処理する場合を想定している。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 (a) shows the relationship between the carbon content of the magnetic heating device according to
強磁性体の材料、特に炭素鋼の溶接工程においては、溶接された箇所はそれ以外の箇所に比べて、熱影響のため硬度が高くなる。すなわち材料内で硬度差ができるため、溶接後の温度低下時に割れが発生しやすい。従って、溶接工程前に被加熱物を予熱することが行なわれている。 In the process of welding a ferromagnetic material, particularly carbon steel, the welded portion is harder than other portions because of thermal effects. That is, since a hardness difference can be generated in the material, cracking is likely to occur when the temperature is lowered after welding. Therefore, preheating of an object to be heated is performed before the welding process.
ここで、被加熱物として炭素鋼を溶接工程のような高温に加熱した後の冷却過程において、炭素鋼の炭素含有量とマルテンサイト変態開始温度には図11(a)に示すような関係が一般にあり(社団法人日本熱処理技術協会発行「熱処理ガイドブック」参照)、炭素含有量が大きいほどマルテンサイト変態開始温度が低くなる。 Here, in the cooling process after heating the carbon steel as a heated object to a high temperature such as a welding process, the carbon content of the carbon steel and the martensitic transformation start temperature have a relationship as shown in FIG. Generally (see “Heat Treatment Guidebook” published by Japan Heat Treatment Technology Association), the higher the carbon content, the lower the martensitic transformation start temperature.
冷却過程においてこのマルテンサイト変態開始温度から低い常温まで徐冷することが、被加熱物の割れを防止する手段として一般に認められている。従って、溶接工程において被加熱物をこのマルテンサイト変態開始温度に加熱しておけば、マルテンサイト変態開始温度の近くから常温まで急激に冷やすことなく徐冷することができる。 It is generally accepted as a means for preventing cracking of the object to be heated that it is gradually cooled from the martensite transformation start temperature to a low ordinary temperature in the cooling process. Therefore, if the object to be heated is heated to the martensite transformation start temperature in the welding process, it can be gradually cooled without being rapidly cooled from near the martensite transformation start temperature to room temperature.
実施の形態4は、被加熱物の炭素含有量に応じたマルテンサイト変態開始温度まで被加熱物を予熱した後、溶接工程に進むようにしたものである。 In the fourth embodiment, the object to be heated is preheated to the martensitic transformation start temperature corresponding to the carbon content of the object to be heated, and then the welding process is performed.
磁気加熱装置においては被加熱物6が強磁性体である場合には、制御装置8に被加熱物6の炭素含有量も同時にあらかじめ入力されている。炭素含有量と加熱目標温度は図11(a)に示すような関係をもって制御装置8に設定されているため、図11(b)に示すように、炭素含有量に応じたマルテンサイト変態開始温度が算出され、それが加熱目標温度として設定される。
In the magnetic heating device, when the object to be heated 6 is a ferromagnetic material, the carbon content of the object to be heated 6 is also input to the
磁気加熱装置が被加熱物6の加熱を開始した後に、温度計10の計測信号が上記の加熱目標温度に達すると、制御装置8の判断によって加熱が終了される。この温度設定により炭素鋼である被加熱物は所定の温度に加熱された後に溶接工程(図示せず)に搬送されるため、溶接後においても割れの不具合を軽減することができる。
When the measurement signal of the
上記の例では被加熱物の炭素含有量を例として挙げたが、マンガン、ニッケル、コバルトなどの成分を含む合金鋼においても炭素鋼と同様に、合金含有量が多いほどマルテンサイト変態開始温度が低くなるため、あらかじめ合金含有量に応じて加熱目標温度を決めておくことにより、溶接後における割れの不具合を軽減することができる。 In the above example, the carbon content of the object to be heated was taken as an example, but the alloy steel containing components such as manganese, nickel, cobalt, etc. also has a higher martensitic transformation start temperature as the alloy content increases. Since it becomes low, the defect of the crack after welding can be reduced by previously determining the heating target temperature according to the alloy content.
上記の説明では、磁気加熱装置を溶接工程の予熱手段として使用する例を示したが、溶接工程の後熱手段として使用する場合にも、マルテンサイト変態開始温度の近くから常温まで被加熱物を急激に冷やすことなく徐冷することができ、予熱の場合と同様な効果が得られる。 In the above description, an example in which the magnetic heating device is used as a preheating means for the welding process is shown. Slow cooling without rapid cooling is possible, and the same effect as in the case of preheating can be obtained.
1 上部鉄心、 2 下部鉄心、 3 後部鉄心、 4 上コイル、 5 下コイル、
6 被加熱物、 7 電源装置、 8 制御装置、 10 温度計、
11 電流検出器、 12 昇降機構、 13 移動機構、 14、15 補助鉄心、 17磁束検出器、 18 冷却パイプ、 20 空隙部。
1 Upper iron core, 2 Lower iron core, 3 Rear iron core, 4 Upper coil, 5 Lower coil,
6 heated object, 7 power supply, 8 control device, 10 thermometer,
DESCRIPTION OF
Claims (14)
4. The magnetic heating apparatus according to claim 2, wherein a heating target temperature of the object to be heated is determined in accordance with an alloy content of the object to be heated.
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