Chiều sâu thấm và ý nghĩa của nó
δ ≈ 503 · √( ρ / ( μr · f ) ) [mm]
Với ρ = điện trở suất (µΩ·m), μr = độ từ thẩm tương đối, f = tần số (Hz)
δ là độ sâu mà tại đó mật độ công suất giảm còn khoảng 37% so với bề mặt. Đây không phải ranh giới cứng, nhưng là thước đo thực dụng nhất để so sánh các dải tần
| Vật liệu | 10 kHz | 25 kHz |
|---|---|---|
| Thép từ tính (μr≈200) | ≈0,12 mm | ≈0,08 mm |
| Thép nóng trên điểm Curie | ≈2,5 mm | ≈1,6 mm |
| Thép không gỉ austenit | ≈2,9 mm | ≈1,8 mm |
Ba dải tần và chỗ đứng của từng dải
| Dải tần | Thiết bị điển hình | Phù hợp | Hạn chế |
|---|---|---|---|
| Tần số điện lưới / thấp 0,5–3 kHz | Biến tần thyristor / IGBT | Chi tiết lớn nung thấu, nấu chảy; δ lớn nên chênh lệch trong ngoài nhỏ | Chi tiết nhỏ hiệu suất thấp, cần công suất rất lớn mới lên nhiệt |
| Trung tần 10–25 kHz | Máy gia nhiệt cảm ứng IGBT làm mát bằng không khí, ví dụ dòng MF của LEIFERT | Vòng trong/vòng ngoài ổ trục, chốt, cụm bánh xe, vành răng, gia nhiệt trước mối hàn vòng; chu kỳ tính bằng giây đến phút | Nung thấu toàn bộ tiết diện rất lớn (>300 mm) thì chênh lệch trong ngoài lớn |
| Cao tần 100–500 kHz | Máy cao tần bán dẫn hoặc đèn | Tôi bề mặt, hàn vảy chi tiết nhỏ, lớp rất mỏng | Dễ cháy bề mặt, không phù hợp chi tiết cần nhiệt sâu |
Điểm Curie và vì sao thép đổi hành vi
Thép mất từ tính ở khoảng 768 °C. Khi vượt qua điểm Curie, độ từ thẩm tương đối giảm từ cỡ hàng trăm xuống khoảng 1, chiều sâu thấm tăng vọt, và hiệu suất ghép giảm đi rõ rệt
- Ứng dụng lắp dôi và tháo rời thường làm việc dưới 300 °C, nên luôn ở vùng từ tính — đây là lý do thiết bị trung tần làm việc rất hiệu quả ở dải nhiệt độ này
- Khi cần nung tới trên điểm Curie (tôi, rèn), thiết kế máy và cuộn phải tính đến sự thay đổi đột ngột của tải
- Điều này cũng giải thích vì sao cùng một máy, nhiệt độ mục tiêu càng cao thì công suất thực tế càng khó duy trì
Quy trình chọn tần số thực tế
- Xác định độ sâu cần gia nhiệt: chỉ cần nóng lớp bề mặt hay cần nóng thấu toàn bộ tiết diện
- Tính δ sơ bộ theo công thức trên, chọn f sao cho δ vào khoảng một phần ba đến một nửa bán kính chi tiết đối với trường hợp nung thấu
- Kiểm tra chu kỳ: tần số quá thấp làm lên nhiệt chậm; tần số quá cao làm bề mặt quá nóng trước khi trong kịp dẫn nhiệt
- Kiểm tra công suất máy: cùng công suất, dải tần khác nhau cho tốc độ lên nhiệt khác nhau
- Chạy thử với chi tiết thật và đo bằng nhiều cặp nhiệt điện, rồi mới chốt quy trình
Lưu ý với thiết bị làm mát bằng không khí
- Chế độ làm việc liên tục: máy làm mát bằng không khí có tỷ lệ làm việc ghi trên nhãn; chạy liên tục phải tuân thủ để tránh bảo vệ nhiệt ngắt liên tục
- Dây dẫn từ máy đến cuộn: dây càng dài càng thêm điện cảm và tổn thất; bố trí ngắn nhất có thể và cố định chắc chắn
- Không gian thông gió: thân máy cần không gian hút và xả gió, không được kê sát tường hoặc che kín
Câu hỏi thường gặp
Tần số nào phù hợp cho lắp dôi ổ trục?
Trung tần 10–25 kHz. Ở dải này chiều sâu thấm của thép từ tính khoảng 0,1 mm, nhiệt sinh ở bề mặt và dẫn vào trong, đủ nhanh cho chu kỳ tính bằng phút mà vẫn kiểm soát được nhiệt độ
Vì sao không dùng tần số càng cao càng tốt?
Vì tần số cao làm chiều sâu thấm nhỏ, nhiệt dồn ở lớp rất mỏng: bề mặt dễ quá nhiệt và cháy trong khi lõi chưa nóng, hiệu suất giảm và chu kỳ thực tế lại dài hơn
Điểm Curie ảnh hưởng thế nào đến chọn tần số?
Thép mất từ tính ở khoảng 768 °C, độ từ thẩm giảm mạnh khiến chiều sâu thấm tăng vọt và hiệu suất ghép giảm. Ứng dụng lắp dôi dưới 300 °C không gặp vấn đề này, nhưng quy trình tôi hoặc rèn phải tính đến khi thiết kế
Cần đánh giá quy trình cho chi tiết của bạn?
Hãy cho biết vật liệu, kích thước, độ dôi hoặc quy cách mối hàn và nhiệt độ mục tiêu, chúng tôi có thể tư vấn ngay công suất, dạng cuộn và chu kỳ phù hợp