高頻感應(yīng)加熱設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景簡(jiǎn)介

1、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景簡(jiǎn)介【摘要】高頻感應(yīng)加熱技術(shù)目前對(duì)金屬材料加熱效率最高、速度最快，且低耗環(huán)保。高頻感應(yīng)加熱設(shè)備是金屬加工行業(yè)廣泛使用的設(shè)備，常用金屬熱處理、焊接、熔煉等生產(chǎn)領(lǐng)域?！娟P(guān)鍵詞】高頻加熱設(shè)備、高頻設(shè)備（原理、分類(lèi)、特點(diǎn)、應(yīng)用）、發(fā)展前景【設(shè)備簡(jiǎn)介】感應(yīng)加熱設(shè)備是一種將三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的電流，供給由電容和感應(yīng)線圈里流過(guò)的交變電流，在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應(yīng)圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流。這種渦流同樣具有高頻電流的一些性質(zhì)，即，金屬自身的自由電子在有電阻的金屬體里流動(dòng)要產(chǎn)生熱量。例如，把一根金屬圓柱體放

2、在有交變中頻電流的感應(yīng)圈里，金屬圓柱體沒(méi)有與感應(yīng)線圈直接接觸，通電線圈本身溫度已很低，可是圓柱體表面被加熱到發(fā)紅，甚至熔化，而且這種發(fā)紅和熔化的速度只要調(diào)節(jié)頻率大小和電流的強(qiáng)弱就能實(shí)現(xiàn)。如果圓柱體放在線圈心，那么圓柱體周邊的溫度是一樣的，圓柱體加熱和熔化也沒(méi)有產(chǎn)生有害氣體、強(qiáng)光污染環(huán)境。感應(yīng)加熱設(shè)備廣泛應(yīng)用在鍛造、鑄造、熱處理、機(jī)械熱加工、粉末冶金等各個(gè)領(lǐng)域?！靖哳l感應(yīng)加熱技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)】感應(yīng)加熱技術(shù)目前對(duì)金屬材料加熱效率最高、速度最快，且低耗環(huán)保。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)對(duì)金屬材料的熱加工、熱處理、熱裝配及焊接、熔煉等工藝中。它不但可以對(duì)工件整體加熱，還能對(duì)工件局部的針對(duì)性加熱；可實(shí)現(xiàn)工件的深

3、層透熱，也可只對(duì)其表面、表層集中加熱；不但可對(duì)金屬材料直接加熱，也可對(duì)非金屬材料進(jìn)行間接式加熱。等等。因此，感應(yīng)加熱技術(shù)必將越來(lái)越應(yīng)用廣泛。  用感應(yīng)電流使工件局部加熱的表面熱處理工藝。這種熱處理工藝常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有時(shí)也用于整體淬火和回火。20世紀(jì)30年代初，美國(guó)、蘇聯(lián)先后開(kāi)始應(yīng)用感應(yīng)加熱方法對(duì)零件進(jìn)行表面淬火。隨著工業(yè)的發(fā)展,感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)不斷改進(jìn),應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大?！净驹怼繉⒐ぜ湃敫袘?yīng)器(線圈)內(nèi)，當(dāng)感應(yīng)器中通入一定頻率的交變電流時(shí),周?chē)串a(chǎn)生交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)作用使工件內(nèi)產(chǎn)生封閉的感應(yīng)電流渦流。感應(yīng)電流在工件截面上的分布

4、很不均勻，工件表層電流密度很高，向內(nèi)逐漸減小, 這種現(xiàn)象稱(chēng)為集膚效應(yīng)。工件表層高密度電流的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使表層的溫度升高，即?shí)現(xiàn)表面加熱。電流頻率越高，工件表層與內(nèi)部的電流密度差則越大，加熱層越薄。在加熱層溫度超過(guò)鋼的臨界點(diǎn)溫度后迅速冷卻，即可實(shí)現(xiàn)表面淬火?！痉诸?lèi)】根據(jù)交變電流的頻率高低，可將感應(yīng)加熱熱處理分為超高頻、高頻、超音頻、中頻、工頻 5類(lèi)。超高頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率高達(dá)27兆赫，加熱層極薄，僅約0.15毫米，可用于圓盤(pán)鋸等形狀復(fù)雜工件的薄層表面淬火。高頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率通常為200300千赫,加熱層深度為0.52毫米,可用于齒輪、汽缸套、凸輪、軸等零件的表面淬火

5、。超音頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率一般為2030千赫，用超音頻感應(yīng)電流對(duì)小模數(shù)齒輪加熱，加熱層大致沿齒廓分布，粹火后使用性能較好。中頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率一般為2.510千赫,加熱層深度為28毫米，多用于大模數(shù)齒輪、直徑較大的軸類(lèi)和冷軋輥等工件的表面淬火。工頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率為5060赫，加熱層深度為1015毫米，可用于大型工件的表面淬火?！咎攸c(diǎn)和應(yīng)用】感應(yīng)加熱的主要優(yōu)點(diǎn)是：不必整體加熱，工件變形小，電能消耗小。無(wú)公害。加熱速度快，工件表面氧化脫碳較輕。表面淬硬層可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，易于控制。加熱設(shè)備可以安裝在機(jī)械加工生產(chǎn)線上，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，便于管理，且可減少運(yùn)

6、輸，節(jié)約人力，提高生產(chǎn)效率。淬硬層馬氏體組織較細(xì)，硬度、強(qiáng)度、韌性都較高。表面淬火后工件表層有較大壓縮內(nèi)應(yīng)力，工件抗疲勞破斷能力較高。感應(yīng)加熱熱處理也有一些缺點(diǎn)。與火焰淬火相比，感應(yīng)加熱設(shè)備較復(fù)雜，而且適應(yīng)性較差，對(duì)某些形狀復(fù)雜的工件難以保證質(zhì)量。感應(yīng)加熱廣泛用于齒輪、軸、曲軸、凸輪、軋輥等工件的表面淬火，目的是提高這些工件的耐磨性和抗疲勞破斷的能力。汽車(chē)后半軸采用感應(yīng)加熱表面淬火，設(shè)計(jì)載荷下的疲勞循環(huán)次數(shù)比用調(diào)質(zhì)處理約提高10倍。感應(yīng)加熱表面淬火的工件材料一般為中碳鋼。為適應(yīng)某些工件的特殊需要，已研制出供感應(yīng)加熱表面淬火專(zhuān)用的低淬透性鋼。高碳鋼和鑄鐵制造的工件也可采用感應(yīng)加熱表面淬火。淬冷介

7、質(zhì)常用水或高分子聚合物水溶液。 【設(shè)備 】感應(yīng)加熱熱處理的設(shè)備主要由電源設(shè)備、淬火機(jī)床和感應(yīng)器組成。 電源設(shè)備的主要作用是輸出頻率適宜的交變電流。高頻電流電源設(shè)備有電子管高頻發(fā)生器和可控硅變頻器兩種。中頻電流電源設(shè)備是發(fā)電機(jī)組。一般電源設(shè)備只能輸出一種頻率的電流,有些設(shè)備可以改變電流頻率,也可以直接用50赫的工頻電流進(jìn)行感應(yīng)加熱。 電源設(shè)備的選擇與工件要求的加熱層深度有關(guān)。加熱層深的工件，應(yīng)使用電流頻率較低的電源設(shè)備；加熱層淺的工件，應(yīng)使用電流頻率較高的電源設(shè)備。選擇電源設(shè)備的另一條件是設(shè)備功率。加熱表面面積增大，需要的電源功率相應(yīng)加大。當(dāng)加熱表面面積過(guò)大時(shí)或電源功率不足時(shí)，可采用連續(xù)加熱的方

8、法，使工件和感應(yīng)器相對(duì)移動(dòng)，前邊加熱，后邊冷卻。但最好還是對(duì)整個(gè)加熱表面一次加熱。這樣可以利用工件心部余熱使淬硬的表層回火，從而使工藝簡(jiǎn)化，還可節(jié)約電能。感應(yīng)加熱淬火機(jī)床的主要作用是使工件定位并進(jìn)行必要的運(yùn)動(dòng)。此外還應(yīng)附有提供淬火介質(zhì)的裝置。淬火機(jī)床可分為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床，前者適用于一般工件，后者適用于大量生產(chǎn)的復(fù)雜工件。 進(jìn)行感應(yīng)加熱熱處理時(shí)，為保證熱處理質(zhì)量和提高熱效率，必須根據(jù)工件的形狀和要求，設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)母袘?yīng)器。常用的感應(yīng)器有外表面加熱感應(yīng)器、內(nèi)孔加熱感應(yīng)器、平面加熱感應(yīng)器、通用型加熱感應(yīng)器、特型加熱感應(yīng)器、單一型加熱感應(yīng)器、復(fù)合型加熱感應(yīng)器，熔煉加熱爐等【設(shè)備安全操作規(guī)范】日

9、常操作中應(yīng)當(dāng)特別注意的操作規(guī)范： （1） 必須有兩人以上方可操作高頻設(shè)備，并指定操作負(fù)責(zé)人。穿戴好絕緣鞋、絕緣手套和其它規(guī)定的防護(hù)用品。 （2） 操作者必須熟悉高頻設(shè)備的操作規(guī)程，開(kāi)機(jī)前應(yīng)檢查設(shè)備冷卻系統(tǒng)是否正常，正常后方可送電，并嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作。 （3） 工作前應(yīng)關(guān)好全部機(jī)門(mén)，機(jī)門(mén)應(yīng)裝電氣聯(lián)鎖裝置，保證機(jī)門(mén)未關(guān)前不能送電。高壓合上后，不得隨意到機(jī)后活動(dòng)，嚴(yán)禁打開(kāi)機(jī)門(mén)。 （4） 工件應(yīng)去除毛刺、鐵屑和油污，否則在加熱時(shí)容易與感應(yīng)器產(chǎn)生打弧現(xiàn)象。打弧現(xiàn)產(chǎn)生的電弧光既會(huì)損傷視力，也容易打壞感應(yīng)器和損壞設(shè)備。 （5） 高頻設(shè)備應(yīng)保持清潔、干燥和無(wú)塵土，工作中發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，首先應(yīng)切斷高壓電，再

10、檢查排除故障。必須有專(zhuān)人檢修高頻設(shè)備，打開(kāi)機(jī)門(mén)后，首先用電棒對(duì)陽(yáng)極、柵極、電容器等放電，然后再開(kāi)始檢修，嚴(yán)禁帶電搶修。 （6） 使用淬火機(jī)床，應(yīng)遵守有關(guān)電氣、機(jī)械和液壓傳動(dòng)的安全規(guī)程。在移動(dòng)淬火機(jī)床時(shí)，應(yīng)防止傾倒?！靖袘?yīng)加熱技術(shù)的近期發(fā)展】今年正好是前蘇聯(lián)感應(yīng)加熱在工業(yè)應(yīng)用的7 0 周年，即將在俄羅斯圣彼得堡召開(kāi)的“感應(yīng)加熱實(shí)際問(wèn)題學(xué)術(shù)研討會(huì)”將討論感應(yīng)加熱技術(shù)發(fā)展中的許多學(xué)術(shù)問(wèn)題，包括：感應(yīng)熔煉；鋼錠、坯料、桿、帶和線材的感應(yīng)加熱；金屬熱處理；高頻焊接和釬焊；磁流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程在冶金及其他方面應(yīng)用；感應(yīng)加熱裝置的電源和其現(xiàn)代化控制系統(tǒng)等。我國(guó)感應(yīng)加熱在工業(yè)上的應(yīng)用，起步于20 世紀(jì)50 年代，

11、在機(jī)床制造、紡織機(jī)制造、汽車(chē)、拖拉機(jī)工業(yè)等部門(mén)應(yīng)用最早，當(dāng)時(shí)的感應(yīng)加熱技術(shù)，絕大部分來(lái)自前蘇聯(lián)，少部分來(lái)自捷克、比利時(shí)等國(guó)家。5 0 年代末，我國(guó)已自制出電子管式高頻電源與機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)，感應(yīng)熔煉、感應(yīng)透熱、淬火、介質(zhì)加熱等各種設(shè)備與工藝相繼在工業(yè)上得到應(yīng)用。6 0 年代后，各個(gè)部門(mén)、企業(yè)在自力更生精神鼓舞下，研制出晶閘管中頻電源，改進(jìn)了電子管式高頻電源，并設(shè)計(jì)、制造了各種型式的淬火機(jī)床，其典型結(jié)構(gòu)已匯編入原機(jī)械部第六設(shè)計(jì)院的淬火機(jī)床圖集，共計(jì)5 5 種。對(duì)外開(kāi)放以來(lái)，通過(guò)出國(guó)考察、進(jìn)口設(shè)備、引進(jìn)技術(shù)等多種渠道，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的現(xiàn)代感應(yīng)加熱技術(shù)逐漸進(jìn)入了我國(guó)工業(yè)的各個(gè)部門(mén)，使感應(yīng)加熱這一節(jié)能、

12、高效、自動(dòng)化、高重現(xiàn)性、環(huán)保的技術(shù)更有效地得到利用。目前，感應(yīng)加熱電源在中頻頻段主要采用晶閘管，超音頻頻段主要采用IGBT，而在高頻頻段，由于SIT存在高導(dǎo)通損耗等缺熱電源通常飛功熱風(fēng)率較大，對(duì)功率器件、無(wú)源器件、電纜、布線、接地和屏蔽等均有許多特殊要求。因此，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱電源高頻地方加熱電源的發(fā)展。從電路的角度來(lái)考慮感應(yīng)加熱電源的大容量化，可將大容量化技術(shù)分為兩大類(lèi):一類(lèi)是器件的串、并聯(lián);另一類(lèi)是多橋或多臺(tái)電源的串、并聯(lián)。在器件的串、并聯(lián)方式中，必須認(rèn)真處理串聯(lián)器件的均壓?jiǎn)栴}和并聯(lián)器件的均流問(wèn)題，由于器件制造工藝和參數(shù)的離散性，限制了器件的串、并聯(lián)數(shù)目，且串、并聯(lián)數(shù)越多，裝置的可靠性越差。多

13、臺(tái)電源的串、并聯(lián)技術(shù)是在器件串、并聯(lián)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步再容量化的有效手段，借助于可靠的電源串、并聯(lián)技術(shù)，在單機(jī)容量適當(dāng)?shù)那闆r下，可簡(jiǎn)單地通過(guò)串、并聯(lián)運(yùn)行方式得到大容量裝置，每臺(tái)單機(jī)只是裝置的一個(gè)單元。 感應(yīng)加熱電源逆變器主要有并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器，串聯(lián)逆變器輸出可等效為一低阻抗的電壓源，當(dāng)兩電壓源并聯(lián)時(shí)，相互間的幅值、相位和頻率不同或波動(dòng)時(shí)將導(dǎo)致很大的環(huán)流，以至逆變器件的電流產(chǎn)生嚴(yán)重不均，因此，串聯(lián)逆變器存在并機(jī)擴(kuò)容困難；而對(duì) 看佛ijwhnkigdfbn的并聯(lián)逆變器，逆變器輸入端的直流大電抗器可充當(dāng)各并聯(lián)逆變器之間的電流緩沖環(huán)節(jié)，使得輸入端的AG/DG或DG/DG環(huán)節(jié)有足夠的時(shí)間來(lái)糾正直流電

14、流的偏差，達(dá)到多機(jī)并聯(lián)擴(kuò)容，晶體管化超音頻、高頻電流多采用并聯(lián)逆變器結(jié)構(gòu)，并聯(lián)逆變器易于模塊化、大容量化是其中的一個(gè)主要原因。 感應(yīng)加熱電源的負(fù)載對(duì)象各式各樣，而 電源逆變器與負(fù)載是一有機(jī)的整體，一般采用匹配變壓器連接電源和負(fù)載感應(yīng)器，高頻、超音頻電源地方文化覅答復(fù)您愛(ài)dnf阿克角色方腦殼用的匹配變壓器從磁性材料到繞組結(jié)構(gòu)正在得到進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)，同時(shí)，從電路拓?fù)渖峡梢杂萌裏o(wú)源元件代替二無(wú)源元件，以取消變壓器，實(shí)現(xiàn)高效、低成本匹配。 【展望與結(jié)語(yǔ)】一、 展望 感應(yīng)加熱技術(shù)近年來(lái)的進(jìn)展無(wú)論是設(shè)備制造還是工藝革新均有長(zhǎng)足的進(jìn)步。國(guó)內(nèi)感應(yīng)加熱技術(shù)的發(fā)展，起步于上世紀(jì)電源設(shè)備的制造，接著感應(yīng)淬火工藝裝

15、備也緊隨其后?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)感應(yīng)淬火工藝裝備制造業(yè)也日益擴(kuò)大，產(chǎn)品品種多，原來(lái)需要進(jìn)口的裝備，逐步被國(guó)產(chǎn)品所取代，在為國(guó)家節(jié)省外匯的同時(shí)，也發(fā)展了國(guó)內(nèi)的相關(guān)企業(yè)。目前感應(yīng)加熱制造業(yè)的服務(wù)對(duì)象主要是汽車(chē)制造業(yè)，今后現(xiàn)代冶金工業(yè)將對(duì)感應(yīng)加熱有較大需求，應(yīng)予注意。從高起點(diǎn)出發(fā)，國(guó)內(nèi)進(jìn)口一些先進(jìn)的感應(yīng)加熱裝備是必要的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，對(duì)外開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)已進(jìn)口各種感應(yīng)加熱電源與淬火機(jī)床達(dá)1 0 0 套以上，這些分別來(lái)自德、美、英、法、日、意、西班牙、比利時(shí)、俄羅斯的裝備，各有所長(zhǎng)。如何取長(zhǎng)補(bǔ)短、洋為中用，提高我國(guó)感應(yīng)加熱技術(shù)的水平，這是當(dāng)前我們面臨的一個(gè)課題。二、 結(jié)語(yǔ) 感應(yīng)加熱技術(shù)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外有很大的發(fā)展，

16、國(guó)內(nèi)產(chǎn)品替代進(jìn)口的比例正日益提高，但應(yīng)注意以下幾個(gè)方面，這將更助于這些技術(shù)的發(fā)展。 ( 1 ) 技術(shù)信息。國(guó)際上經(jīng)常有一些感應(yīng)加熱研討會(huì)活動(dòng)，討論感應(yīng)加熱發(fā)展中的新技術(shù)，我國(guó)相關(guān)部門(mén)應(yīng)主動(dòng)參與。國(guó)際間定期舉辦的熱處理展覽會(huì)，同樣是觀察新技術(shù)發(fā)展的平臺(tái)，應(yīng)有專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)收集、整理這些資料，針對(duì)國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)提出科研項(xiàng)目與產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃。 ( 2 ) 組織翻譯國(guó)外感應(yīng)加熱專(zhuān)著與論文。如近年來(lái)法國(guó)、美國(guó)出版了多種感應(yīng)加熱專(zhuān)著，就電源、感應(yīng)加熱技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用闡述得十分全面，對(duì)國(guó)內(nèi)各感應(yīng)加熱企業(yè)與科研院校均是十分有用的。 ( 3 ) 定期組織國(guó)內(nèi)感應(yīng)加熱學(xué)術(shù)研討會(huì)與熱處理展覽會(huì)，使國(guó)內(nèi)技術(shù)與裝備的發(fā)展得到交流。 ( 4 ) 對(duì)國(guó)內(nèi)感應(yīng)加熱產(chǎn)品應(yīng)從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。如透熱、熔煉鋼材的能耗指標(biāo)、