感應(yīng)加熱表面淬火基本原理

1、感應(yīng)加熱表面淬火基本原理感應(yīng)加熱表面淬火的應(yīng)用及基本原理分析。一、應(yīng)用承受扭轉(zhuǎn)、彎曲等交變負(fù)荷作用的工件，要求表面層承受比心部更高的應(yīng)力或耐磨性，需對(duì)工件表面提出強(qiáng)化要求，適于含碳量We=0.400.50%鋼材。 二、工藝方法快速加熱與立即淬火冷卻相結(jié)合。通過(guò)快速加熱使待加工鋼件表面達(dá)到淬火溫度，不等熱量傳到中心即迅速冷卻，僅使表層淬硬為馬氏體，中心仍為未淬火的原來(lái)塑性、韌性較好的退火（或正火及調(diào)質(zhì)）組織。三、主要方法感應(yīng)加熱表面淬火（高頻、中頻、工頻）,火焰加熱表面淬火，電接觸加熱表面淬火，電解液加熱表面淬火，激光加熱表面淬火，電子束加熱表面淬火。四、感應(yīng)加熱表面淬火（一）基本原理：將工件放

2、在用空心銅管繞成的感應(yīng)器內(nèi)，通入中頻或高頻交流電后，在工件表面形成同頻率的的感應(yīng)電流，將零件表面迅速加熱（幾秒鐘內(nèi)即可升溫8001000度，心部仍接近室溫）后立即噴水冷卻（或浸油淬火），使工件表面層淬硬。（如下圖所示）  （二）加熱頻率的選用室溫時(shí)感應(yīng)電流流入工件表層的深度（mm）與電流頻率f（HZ）的關(guān)系為頻率升高，電流透入深度降低，淬透層降低。常用的電流頻率有：1、高頻加熱：100500KHZ，常用200300KHZ，為電子管式高頻加熱，淬硬層深為0.52.5mm，適于中小型零件。2、中頻加熱：電流頻率為50010000HZ，常用25008000HZ，電源設(shè)備為機(jī)械式中

3、頻加熱裝置或可控硅中頻發(fā)生器。淬硬層深度10 mm。適于較   大直徑的軸類(lèi)、中大齒輪等。3、工頻加熱：電流頻率為50HZ。采用機(jī)械式工頻加熱電源設(shè)備，淬硬層深可達(dá)1020mm，適于大直徑工件的表面淬火。（三）、感應(yīng)加熱表面淬火的應(yīng)用與普通加熱淬火比較具有：1、加熱速度極快，可擴(kuò)大A體轉(zhuǎn)變溫度范圍，縮短轉(zhuǎn)變時(shí)間。2、淬火后工件表層可得到極細(xì)的隱晶馬氏體，硬度稍高（23HRC）。脆性較低及較高疲勞強(qiáng)度。3、經(jīng)該工藝處理的工件不易氧化脫碳，甚至有些工件處理后可直接裝配使用。4、淬硬層深，易于控制操作，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動(dòng)化。五、火焰表面加熱淬火適于中碳鋼35、45鋼和中碳合金結(jié)

4、構(gòu)鋼40Cr及65Mn、灰口鑄鐵、合金鑄鐵的火焰表面淬火。是用乙炔-氧或煤氣-氧混合氣燃燒的火焰噴射快速加熱工件。工件表面達(dá)到淬火溫度后，立即噴水冷卻。淬硬層深度為26mm，否則會(huì)引起工件表面嚴(yán)重過(guò)熱及變形開(kāi)裂。一、高頻感應(yīng)加熱的原理感應(yīng)加熱是利用導(dǎo)體在高頻磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的感應(yīng)電流(渦流損耗、。以及導(dǎo)體內(nèi)磁場(chǎng)的作用(磁滯損耗)引起導(dǎo)體自身發(fā)熱而進(jìn)行加熱的。三、感應(yīng)加熱系統(tǒng)的構(gòu)成感應(yīng)加熱系統(tǒng)田高頻電源(高頻發(fā)生器)、導(dǎo)線、變壓器、感應(yīng)器組成。其工作步驟是由高頻電源把普通電源( 220v/50hz)變成高壓高頻低電流輸出，(其頻率的高低根據(jù)加熱對(duì)象而定，就其包材而言，一般頻率應(yīng)在480kHZ左右。

5、)通過(guò)變壓器把高壓、高頻低電流變成低壓高頻大電流。感應(yīng)器通過(guò)低壓高頻大電流后在感應(yīng)器周?chē)纬奢^強(qiáng)的高頻磁場(chǎng)。一般電流越大.磁場(chǎng)強(qiáng)度越高。全晶體管高頻感應(yīng)加熱設(shè)備1高頻感應(yīng)加熱設(shè)備現(xiàn)狀高頻感應(yīng)加熱設(shè)備在我省已得到廣泛應(yīng)用，設(shè)各頻率范圍在20-450 kHz,高頻功率最大可達(dá)400 kW。我省的高頻感應(yīng)加熱設(shè)備主要應(yīng)用于金屬熱處理、淬火、透熱、熔煉、釬焊、直縫鋼管焊接、電真空器件去氣加熱、半導(dǎo)體材料煉制、塑料熱合、烘烤和提純等?，F(xiàn)在我省使用的高頻感應(yīng)加熱設(shè)備都是以大功率真空管(發(fā)射電子管)為核心構(gòu)成單級(jí)自激振蕩器，把高壓直流電能量轉(zhuǎn)換成高頻交流電能量，它們的電子管板極轉(zhuǎn)換效率一般在75環(huán)左右，設(shè)備

6、的整機(jī)總效率一般在50絨以下，水和電能的消耗非常大。自70年代中期后，對(duì)高頻設(shè)備也進(jìn)行了一系列改進(jìn)，如:(1)用節(jié)能型牡鎢煙絲電子管代替老式純鎢燈絲系列電子管，如FV-911代替FV-433 FV-431,FV-89F管等;<2)采用高壓硅堆整流代替充汞閘流管整流;(3)采用大功率雙向可控硅結(jié)合微機(jī)調(diào)壓代替原閘流管調(diào)壓;(4)根據(jù)各自工藝條件重新更改振蕩回路，選擇合理的振蕩頻率。這樣，經(jīng)過(guò)一系列改造后，使我省的高頻設(shè)備整機(jī)總電效率有一定的提高，在節(jié)能方面有一定的效果，但由于振蕩電子管這個(gè)耗電最大的器件未能改掉，所以在節(jié)能方面，并不是特別顯著。2全晶體蒼高頻感應(yīng)加熱設(shè)備電子技術(shù)的發(fā)展，可謂

7、日新月異。80年代初，日本首先改進(jìn)半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出場(chǎng)控電力電子器件大功率靜電感應(yīng)晶體管(SIT ) ,并設(shè)計(jì)制成換流橋式的，把直流電能量轉(zhuǎn)換成高頻電能量的全晶體管化高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，隨后美國(guó)、西德等發(fā)達(dá)國(guó)家也迅速研制，使之很快就商品化了。2. 1大功率靜電感應(yīng)晶體管(SIT)的特點(diǎn)大功率靜電感應(yīng)晶體管(SIT)是一種大功率電力電子器件，它的符號(hào)與三極管相同，作用也相似，但它主要用在大功率換流或?qū)ǖ目刂茍?chǎng)合，它具有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)具有“正導(dǎo)通”特性，在正柵壓為"0 V”時(shí)，SIT處于導(dǎo)通狀態(tài)，而在加上負(fù)柵壓時(shí)，則將處于關(guān)斷狀態(tài);(2)開(kāi)關(guān)速度快，可用于高頻段;(3)是高

8、輸入阻抗的電壓控制型器件，所以用較小的驅(qū)動(dòng)功率就能控制較大的功率;(4)SIT元件是高耐壓大電流型器件;(5)電流的負(fù)溫度系數(shù)不會(huì)使電流集中，從而有利于并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，因此可運(yùn)用于大功率裝置。目前，靜電感應(yīng)晶體管<SIT)的單管功耗有1kW和3kW級(jí)的電力電子器件，供組裝高頻逆變?cè)O(shè)備.2. 2全晶體管高頻感應(yīng)加熱設(shè)備主電路由靜電感應(yīng)晶體管SIT組裝的高頻感應(yīng)加熱設(shè)備主回路如附圖所示，主電路由3部份組成:(1)直流電源部份:該部份是把工頻三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并控制下面幾部份。該部份主要由三相晶閘管(SCR)可調(diào)電路和直流電抗器La與電解電容Ca組成的直流濾波器組成，調(diào)整三相晶閘管整流電路的直

9、流輸出電壓，可調(diào)節(jié)該設(shè)備的輸出功率。輸入電壓為工頻3p380V，最大直流電壓可達(dá)500 V以上，輸出直流可以100100%連續(xù)可調(diào)。C2)逆變部份:該部份把直流交換為高頻交流，并控制后面部份，這部份由電壓型單相全橋電路構(gòu)成，使用1kW或3kW級(jí)功耗的SIT作為逆變橋的開(kāi)關(guān)器件，使用同一級(jí)功耗的SIT器件組成電路時(shí)，設(shè)備的功率越大，頻率越高，每一橋臂上并聯(lián)的SIT器件愈多;R C。和D.為緩沖電路，當(dāng)SIT開(kāi)始關(guān)斷而產(chǎn)生浪涌電壓，超過(guò)這些電路中的直流電壓時(shí)，二級(jí)管D，導(dǎo)通，而電容器C。吸收該浪涌能量，使逆變橋中的SIT器件安全運(yùn)行。SIT元件的導(dǎo)通或關(guān)斷是由設(shè)備上所配備的微機(jī)和專用程序控制觸發(fā)信

10、號(hào)，控制其導(dǎo)通或關(guān)斷。(3)負(fù)載回路部份:該部份的功能是把高頻功率輸向被加熱的金屬工件上，負(fù)載回路是由諧振回路、電流互感器和加熱線圈組成，該電路中的串聯(lián)諧振回路構(gòu)成了電壓型逆變電路，電容器CT和電感LT兩端各產(chǎn)生幾干伏以上的高頻電壓。高頻變流器次級(jí)側(cè)通常做成單匝，聯(lián)接著加熱線圈L，巨大的高頻電流在L。周?chē)a(chǎn)生，高頻磁通使金屬工件迅速急劇發(fā)熱。3全晶體管化高頻與電子管式高頻比較全晶體管化高頻感應(yīng)加熱設(shè)備在如下幾個(gè)方面優(yōu)于電子管式高頻感應(yīng)加熱設(shè)備。3. 1工作模式得到徹底改變電子管高頻感應(yīng)加熱設(shè)備需將工頻3p380 V升高后，經(jīng)高壓整流器件變換成相應(yīng)的直流高壓才能供給電子管工作，電子管板極內(nèi)阻天

11、，有大量功率損耗在板極上發(fā)熱，而且需要及時(shí)加水冷卻，同時(shí)還需把一部份功率反饋到柵極，并且要較大的燈絲加熱功率，這樣就有大量的電能損耗在轉(zhuǎn)換之中。而晶體管高頻中的SIT電力電子器件，只需較小的驅(qū)動(dòng)功率來(lái)控制較大功率換流的產(chǎn)生，SIT元件正向?qū)▔航岛苄。瑩p耗不大，并且采用直流500 V的低壓工作狀態(tài)。電子管板極轉(zhuǎn)換效率最高為750o,SIT電力電子器件為9200;全晶體管高頻省去了高壓整流變壓器、高壓硅堆;如果多管并用，能使熱量分散，只需加少量的水便可，30kW以下小功率高頻可減去水冷卻，晶體管高頻整機(jī)總效率比電子管高頻要高200003.2能源的節(jié)約電子管高頻電壓轉(zhuǎn)換次數(shù)多，電壓變化大，而全晶體

12、管高頻電壓變化不大，在幾百伏內(nèi)變動(dòng)，不需多次變換電能，所以全晶體管高頻比同功率電子管高頻節(jié)電3000.節(jié)水83沁，如輸出為80 kW級(jí)(FV-911S)電子管高頻，振蕩工作時(shí)輸入功率為158 kW，用水3 1/s，而同樣的輸出功為80 kW的全晶體管高頻，振蕩工作時(shí)，輸入功率只需113 kW ,用水。. 5 1/s，電子管還另需消耗2. 2 kW的燈絲加熱功率。3.3設(shè)備一與維護(hù)全晶體管高頻體積只有電子管高頻的1/3,所以設(shè)備占地面積也只有1/3，晶體管高!p沒(méi)備潔構(gòu)簡(jiǎn)單.l一作1卜常穩(wěn)定.故障少(據(jù)國(guó)內(nèi)使用廠家介紹，使用2年多沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何故障)，維修費(fèi)用低，省去了原電子管高'G r1

13、 r i; " 1:需換的1 ?電r管(6',l loo kW高頻為例)，約7 000元，水套(2年更換1只)約3 500元，每年1次的整流變壓器檢修、濾油費(fèi)約 m>o七.整個(gè)維修費(fèi)1年最少可節(jié)約1萬(wàn)多元。因用水量減少，水泵也可根據(jù)需要改用較小功率的。4國(guó)內(nèi)外研制動(dòng)態(tài)4. 1國(guó)外產(chǎn)品情況目前在世界上只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家的大公司能制造全晶體管高頻，如日本的島田理化工業(yè)(株)，富士電波機(jī)(株)，電氣興業(yè)(株)，美國(guó)的ENI公司，德國(guó)的FDF公司，EMA公司等，產(chǎn)品規(guī)格已成系列化，如:日本的:T系列20-30 kHz 3-50 kW七種規(guī)格，A系列200-300 kHz 2,5,

14、10 kW三種規(guī)格，SST系列20" 200 kHz 2.0, 30, 40kW三種規(guī)格，20150 kHz 50200kW六種規(guī)格，20100 kHz 300, 400kW二種規(guī)格。美國(guó)的:STATITRON系列50-300 kHz25一400 kW八種規(guī)格西德的:ELOMAT TGI系歹，j 50-200 kHz15-240 kW等規(guī)格，而且他們還在試制更高頻，更大功率的高頻設(shè)備，用途已不只是工業(yè).如廣播電臺(tái)，軍事通訊等。4. 2國(guó)產(chǎn)化研制情況我國(guó)非常重視國(guó)際上這一電力電子器件技術(shù)的研究和應(yīng)用，國(guó)家計(jì)委、科委、機(jī)電部已確定SI T元件和晶體管高頻的研制為“八五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，具體布署了SIT器件及全晶體管化高頻設(shè)備整機(jī)的同步攻關(guān)，目前我國(guó)有關(guān)科研單位已研制出小功率0. 1 kW級(jí)以下的SIT元件.大功率級(jí)的研制還在進(jìn)行，整機(jī)的研制