Нагрев древесины в электростатическом поле высокой частоты

Нагрев древесины в электростатическом поле высокой частоты (см. стр. 130) о большим успехом используется также для нагревания клееных деталей с целью ускорения полимеризации и схватывания клея.

Этот способ позволяет осуществить прогрев в крайне короткие сроки, обеспечивает равномерность подогрева материала, независимо от его толщины, позволяет прогревать труднодоступные места и осуществлять местный нагрев без значительного нагревания окружающих частей.

Оснастка для склеивания при этом способе значительно упрощается, так как лет необходимости в механическом или электрическом контакте с нагреваемым изделием.

Нагревательная установка состоит из выпрямителя, лампового высокочастотного генератора и конденсатора вторичного контура (рис. 374).

Склеенные детали помещаются между двумя электродами конденсатора вторичного контура, создающими при соответствующей настройке равномерное высокочастотное поле.

Для создания высокочастотного поля между плитами пресса электроды конденсатора из листового металла  заделываются в верхнюю и нижнюю сулаги пресса и присоединяются изолированным проводом к генератору тока. Глубина заделки электродов в сулагу – 2-3 мм от поверхности прилегания сулаги к склеиваемой детали.

Схемы различных размещений электродов при прогреве склеиваемых деталей показаны на рис. 375.

Сущность прогрева склеиваемых деталей токами высокой частоты заключается в следующем.

При пропускании тока высокой частоты через деталь (представляющую собой полупроводник большого сопротивления) она будет поглощать некоторое количество энергии, что объясняется не только ее проводимостью, но и диэлектрическими потерями. Последние вызываются междумолекулярным трением, возникающим при периодическом ориентировании молекул в переменном поле высокой частоты.

Рис. 374. Схема высокочастотной установки для нагрева при склейке токами высокой частоты.

1-рубильник, 2 – трансформатор высокого напряжения, 3-пыпрямитель. 4-генегатор высокого напряжения, 5 и 6-конденсаторы, 7-тепловой изолятор, 8-электрод, 9 – деталь, IO-нижнял тепюгая изоляция, Л-плита пресса.

Поглощаемая при этом электрическая энергия переходит в теплоту и деталь нагревается.

Термический эффект пропорционален квадрату силы тока.

Поглощение энергии диэлектриком и превращение ее в тепло происходит тем интенсивнее, чем больше частота тока, а интенсивность процесса пропорциональна квадрату силы электрического поля.

Расчет высокочастотной установки для нагрева склеиваемых деталей аналогичен расчету установки для сушки древесины (стр. 132). Количество вла

ги, подлежащей удалению при нагрезе, может быть найдено расчетом, в зависимости от вида клея. Подобрав соответствующим образом частоту и мощность поля и выбрав строение и форму облучающих электродов конденсатора и катушек, можно распределить энергию либо по объему, либо по поверхности объекта. При этом можно сконцентрировать поглощение теплоты в клеевом слое, с тем чтобы нагрев его происходил быстрее прогрева самой древесины.

В среднем можно считать расход электроэнергии в 0,0035 квт-ч на подогрев 1 куб. дециметра древесины на 1°.

Используемые частоты лежат в пределах от 1,5 до 100 мегагерц Наиболее часто применяется частота 10 мегагерц.

Высокочастотные установки связываются или с прессами для выклейки фанеры или фанерных плит или с прессами для выклейки деталей (например, лонжеронов и т. п.).

С целью наиболее полного использования установок их чаще всего выполняют в виде трех – и многоэлектродных конденсаторов, между которыми слоями располагается обрабатываемый материал («Сандвич»-установка, рис. 375).

Прогрев деталей получается вполне равномерным и обеспечивает равномерную полимеризацию клеевых слоев.

Во внешних слоях материала в связи с потерей тепла лучеиспусканием и непосредственной теплоотдачей температура значительно ниже, чем внутри материала. Эта разница в температурах может быть значительно снижена, если между электродами и древесиной будет проложен хотя бы тонкий слой тепловой изоляции.

Основными достоинствами нагрева в поле высокой частоты являются равномерность и быстрота процесса по всей глубине склеиваемой детали. При этом продолжительность радиотермического нагрева не зависит от толщины нагреваемой детали, а только от ее массы, и прогрев происходит одновременно по всей массе со скоростью, зависящей только от мощности установки.

Нагрев деталей толщиной от 120 до 300 мм в пределах температур от 50 до 120° требует от 10 до 60 мин.

Полимеризация клеевых соединений в детали, склеенной из 7 слоев дуба общей толщиной 254 мм путем нагрева до 115°, происходит в течение 10 мин.

Радиотермический метод нагрева позволяет осуществить легкое управление процессом, создает возможность регулирования тепловыделения, автоматизации процесса и обеспечивает его стабильность.

Особое значение радиотермический нагрев получает при организации поточных методов производства.

1 Герц – единица частоты изменения силы и направления переменного электрического тока (частоты периодов) и равна одному периоду в секунду. Мегагерц равен 1000×1000 герц или миллиону периодов в секунду.

Рис. 375. Схема размещений электродов при прогреве токами высокой частоты.

А – нормальная запрессовка, В – многоярусная запрессовка (сандвич), С – боковая запрессовка с общим подогревом, D – боковая запрессовка с местным подогревом, E – нормальная запрессовка с боковым подогревом.

4. НАГРЕВАНИЕ СКЛЕИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ПОМОЩИ ОБЛУЧЕНИЯ ИНФРАКРАСНЫМИ ЛУЧАМИ

В некоторых случаях применение контактных электронагревателей или токов высокой частоты для нагрева склеиваемых деталей затруднено либо вследствие невозможности осуществить непосредственный контакт, либо вследствие сложности формы электродов конденсатора (например, при прогреве заполнителя в сандвичевых конструкциях фюзеляжа-монокок).

В таких случаях большие удобства представляет нагрев инфракрасными лучами.

Рис. 376. Лампы облучения инфракрасными лучами. А-лампа рассеянного облучения, В-лампа сосредоточенного облучения.

Источниками инфракрасных лучей могут быть как обыкновенные электрические(осветительные) лампочки, так и специальные. Последние часто снабжаются отражателями, что позволяет при установке обойтись без специальных отражателей.

Рис. 377. Схема экранной установки для облучения инфракрасными лучами.

Лампочки инфракрасного излучения могут давать рассеянное или сосредоточенное облучение (рис. 376).

Установка для облучения представляет обычно экран, охватывающий облучаемый объект, который располагается под экраном или перед ним. Очень часто экран устраивается в виде туннеля или в виде двух раздвигающихся ширм (рис. 377). Подобная установка, несложная в применении и позволяющая выполнять ряд подготовительных работ, создает существенные удобства в работе. Она легко может быть встроена в поточную линию.

Действие инфракрасных лучей эффективно лишь на поверхности. Прогрев в глубину происходит только вследствие теплопроводности. Поэтому толстые и массивные детали прогревать инфракрасными лучами нецелесообразно, так как прогрев будет идти слишком медленно.

Сравнительная эффективность прогрева инфракрасными лучами показана на рис. 378.

Рис. 378. Диаграмма сравнения эффективности нагрева инфракрасными лучами и конвекционными токами. А – нагрев конвекционными токами, в-нагрев инфракрасными лучами.