Электротехнологии в промышленности¶

Электротехнологии — совокупность методов обработки материалов, основанных на непосредственном преобразовании электрической энергии в тепловую, химическую, механическую или иную форму воздействия на вещество. В отличие от классической электроэнергетики, где электричество служит для передачи и распределения мощности, в электротехнологии оно выступает рабочим инструментом, замещая или дополняя механическую обработку. К этому классу относят электротермические, электрохимические, электрофизические и электромеханические процессы.

¶Место в системе знаний

Электротехнология находится на стыке электротехники, теплофизики, химии и материаловедения. Её предмет — способы целенаправленного воздействия электрического тока, электрического и магнитного полей, электрического разряда на свойства материала. Термин закрепился в отечественной технической литературе в середине XX века, когда электронагрев и электрохимия выделились в самостоятельные производственные направления.

¶Классификация

¶Электротермические процессы

Основаны на выделении теплоты при прохождении тока или поглощении электромагнитного излучения:

• Резистивный нагрев — теплота выделяется в проводнике по закону Джоуля — Ленца. Применяется в печах сопротивления, нагревателях, сушильных установках.
• Дуговой нагрев — источником теплоты служит электрическая дуга. Используется в дуговых сталеплавильных печах, при сварке и наплавке.
• Индукционный нагрев — вихревые токи, наводимые переменным магнитным полем, разогревают металл изнутри. Применяется для плавки, закалки, пайки.
• Диэлектрический нагрев — переменное поле высокой частоты воздействует на диэлектрики (древесина, пластмассы, пищевые продукты).
• Электронно-лучевой и лазерный нагрев — концентрированные потоки энергии для сварки, резки, напыления.

¶Электрохимические процессы

Основаны на законах электролиза:

• гальваническое нанесение покрытий (цинкование, хромирование, никелирование);
• анодирование алюминия и титана;
• электрохимическая размерная обработка твёрдых сплавов;
• получение хлора, щелочей, алюминия электролизом расплавов.

¶Электрофизические процессы

Используют электрический разряд и импульсные поля:

• электроэрозионная обработка металлов;
• ультразвуковая размерная обработка;
• магнитно-импульсная штамповка;
• электрогидравлический эффект (эффект Юткина).

¶Электромеханические процессы

Связаны с прямым преобразованием электрической энергии в механическую работу без промежуточных звеньев: вибрационные приводы, электромагнитные муфты, линейные двигатели.

¶История развития

Отдельные электротехнологические приёмы известны с начала XIX века. В 1802 году В. В. Петров открыл электрическую дугу и указал на возможность её применения для плавления металлов и освещения. В 1838 году Б. С. Якоби создал гальванопластику — первый практически значимый электрохимический процесс, получивший распространение в России и Европе.

Промышленное становление направления относится к концу XIX — началу XX века: появились дуговые печи, печи сопротивления, промышленный электролиз. В 1920-е годы в СССР развернулись работы по электроплавке стали, а в 1930-е — по индукционному нагреву. Во второй половине XX века добавились электронно-лучевые, плазменные и лазерные технологии, а также электроэрозионная обработка. Существенный вклад внесли советские учёные и инженеры: Н. Н. Бекетов, В. П. Вологдин, Б. Р. Лазаренко, Л. А. Юткин.

¶Применение

Электротехнологии охватывают широкий круг отраслей:

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам относят высокую концентрацию энергии, возможность точного управления температурой и локальностью воздействия, отсутствие продуктов сгорания в зоне обработки, а также возможность автоматизации. Электронагрев позволяет достигать температур, недоступных для топливных печей.

Ограничения связаны с высокой стоимостью электроэнергии, необходимостью мощных источников питания и специального оборудования, а также с требованиями к электробезопасности. Часть процессов чувствительна к составу материала и требует стабильных параметров сети.

¶Значение

Электротехнологии обеспечивают получение материалов и изделий, которые невозможно или невыгодно производить иными способами: особо чистых металлов, тугоплавких сплавов, прецизионных деталей. Они лежат в основе современной металлургии, электроники, гальванического производства и ряда медицинских методик. Развитие направления связано с ростом доли электроэнергии в промышленном энергобалансе и с переходом к более чистым производствам.

¶Источники

• Петров В. В. Известия о гальвани-вольтовских опытах.
• Якоби Б. С. Работы по гальванопластике.
• Вологдин В. П. Поверхностная индукционная закалка.
• Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Электроэрозионная обработка металлов.
• Юткин Л. А. Электрогидравлический эффект.
• Справочник по электротехнологии промышленных установок.