高頻感應加熱設備應用現(xiàn)狀與發(fā)展前景簡介

1、高頻感應加熱設備應用現(xiàn)狀與發(fā)展前景簡介【摘要】高頻感應加熱技術目前對金屬材料加熱效率最高、速度最快，且低耗環(huán)保。高頻感應加熱設備是金屬加工行業(yè)廣泛使用的設備，常用金屬熱處理、焊接、熔煉等生產領域?！娟P鍵詞】高頻加熱設備、高頻設備（原理、分類、特點、應用）、發(fā)展前景【設備簡介】感應加熱設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{節(jié)的電流，供給由電容和感應線圈里流過的交變電流，在感應圈中產生高密度的磁力線，并切割感應圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產生很大的渦流。這種渦流同樣具有高頻電流的一些性質，即，金屬自身的自由電子在有電阻的金屬體里流動要產生熱量。例如，把一根金屬圓柱體放

2、在有交變中頻電流的感應圈里，金屬圓柱體沒有與感應線圈直接接觸，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節(jié)頻率大小和電流的強弱就能實現(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有產生有害氣體、強光污染環(huán)境。感應加熱設備廣泛應用在鍛造、鑄造、熱處理、機械熱加工、粉末冶金等各個領域?！靖哳l感應加熱技術基礎知識】感應加熱技術目前對金屬材料加熱效率最高、速度最快，且低耗環(huán)保。它已經廣泛應用于各行各業(yè)對金屬材料的熱加工、熱處理、熱裝配及焊接、熔煉等工藝中。它不但可以對工件整體加熱，還能對工件局部的針對性加熱；可實現(xiàn)工件的深

3、層透熱，也可只對其表面、表層集中加熱；不但可對金屬材料直接加熱，也可對非金屬材料進行間接式加熱。等等。因此，感應加熱技術必將越來越應用廣泛。  用感應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，有時也用于整體淬火和回火。20世紀30年代初，美國、蘇聯(lián)先后開始應用感應加熱方法對零件進行表面淬火。隨著工業(yè)的發(fā)展,感應加熱熱處理技術不斷改進,應用范圍也不斷擴大?！净驹怼繉⒐ぜ湃敫袘?線圈)內，當感應器中通入一定頻率的交變電流時,周圍即產生交變磁場。交變磁場的電磁感應作用使工件內產生封閉的感應電流渦流。感應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，向內逐漸減小, 這種現(xiàn)象稱為集膚效應。工件表層高密度電流的電能轉變?yōu)闊崮?，使表層的溫度升高，即實現(xiàn)表面加熱。電流頻率越高，工件表層與內部的電流密度差則越大，加熱層越薄。在加熱層溫度超過鋼的臨界點溫度后迅速冷卻，即可實現(xiàn)表面淬火。【分類】根據(jù)交變電流的頻率高低，可將感應加熱熱處理分為超高頻、高頻、超音頻、中頻、工頻 5類。超高頻感應加熱熱處理所用的電流頻率高達27兆赫，加熱層極薄，僅約0.15毫米，可用于圓盤鋸等形狀復雜工件的薄層表面淬火。高頻感應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、。超音頻感應加熱熱處理所用的電流頻率一般為2030千赫，用超音頻感應電流對小模數(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、直徑較大的軸類和冷軋輥等工件的表面淬火。工頻感應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和應用】感應加熱的主要優(yōu)點是：不必整體加熱，工件變形小，電能消耗小。無公害。加熱速度快，工件表面氧化脫碳較輕。表面淬硬層可根據(jù)需要進行調整，易于控制。加熱設備可以安裝在機械加工生產線上，易于實現(xiàn)機械化和自動化，便于管理，且可減少運

6、輸，節(jié)約人力，提高生產效率。淬硬層馬氏體組織較細，硬度、強度、韌性都較高。表面淬火后工件表層有較大壓縮內應力，工件抗疲勞破斷能力較高。感應加熱熱處理也有一些缺點。與火焰淬火相比，感應加熱設備較復雜，而且適應性較差，對某些形狀復雜的工件難以保證質量。感應加熱廣泛用于齒輪、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。汽車后半軸采用感應加熱表面淬火，設計載荷下的疲勞循環(huán)次數(shù)比用調質處理約提高10倍。感應加熱表面淬火的工件材料一般為中碳鋼。為適應某些工件的特殊需要，已研制出供感應加熱表面淬火專用的低淬透性鋼。高碳鋼和鑄鐵制造的工件也可采用感應加熱表面淬火。淬冷介

7、質常用水或高分子聚合物水溶液。 【設備 】感應加熱熱處理的設備主要由電源設備、淬火機床和感應器組成。 電源設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。中頻電流電源設備是發(fā)電機組。一般電源設備只能輸出一種頻率的電流,有些設備可以改變電流頻率,也可以直接用50赫的工頻電流進行感應加熱。 電源設備的選擇與工件要求的加熱層深度有關。加熱層深的工件，應使用電流頻率較低的電源設備；加熱層淺的工件，應使用電流頻率較高的電源設備。選擇電源設備的另一條件是設備功率。加熱表面面積增大，需要的電源功率相應加大。當加熱表面面積過大時或電源功率不足時，可采用連續(xù)加熱的方

8、法，使工件和感應器相對移動，前邊加熱，后邊冷卻。但最好還是對整個加熱表面一次加熱。這樣可以利用工件心部余熱使淬硬的表層回火，從而使工藝簡化，還可節(jié)約電能。感應加熱淬火機床的主要作用是使工件定位并進行必要的運動。此外還應附有提供淬火介質的裝置。淬火機床可分為標準機床和專用機床，前者適用于一般工件，后者適用于大量生產的復雜工件。 進行感應加熱熱處理時，為保證熱處理質量和提高熱效率，必須根據(jù)工件的形狀和要求，設計制造結構適當?shù)母袘?。常用的感應器有外表面加熱感應器、內孔加熱感應器、平面加熱感應器、通用型加熱感應器、特型加熱感應器、單一型加熱感應器、復合型加熱感應器，熔煉加熱爐等【設備安全操作規(guī)范】日

9、常操作中應當特別注意的操作規(guī)范： （1） 必須有兩人以上方可操作高頻設備，并指定操作負責人。穿戴好絕緣鞋、絕緣手套和其它規(guī)定的防護用品。 （2） 操作者必須熟悉高頻設備的操作規(guī)程，開機前應檢查設備冷卻系統(tǒng)是否正常，正常后方可送電，并嚴格按操作規(guī)程進行操作。 （3） 工作前應關好全部機門，機門應裝電氣聯(lián)鎖裝置，保證機門未關前不能送電。高壓合上后，不得隨意到機后活動，嚴禁打開機門。 （4） 工件應去除毛刺、鐵屑和油污，否則在加熱時容易與感應器產生打弧現(xiàn)象。打弧現(xiàn)產生的電弧光既會損傷視力，也容易打壞感應器和損壞設備。 （5） 高頻設備應保持清潔、干燥和無塵土，工作中發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，首先應切斷高壓電，再

10、檢查排除故障。必須有專人檢修高頻設備，打開機門后，首先用電棒對陽極、柵極、電容器等放電，然后再開始檢修，嚴禁帶電搶修。 （6） 使用淬火機床，應遵守有關電氣、機械和液壓傳動的安全規(guī)程。在移動淬火機床時，應防止傾倒?！靖袘訜峒夹g的近期發(fā)展】今年正好是前蘇聯(lián)感應加熱在工業(yè)應用的7 0 周年，即將在俄羅斯圣彼得堡召開的“感應加熱實際問題學術研討會”將討論感應加熱技術發(fā)展中的許多學術問題，包括：感應熔煉；鋼錠、坯料、桿、帶和線材的感應加熱；金屬熱處理；高頻焊接和釬焊；磁流體動力學過程在冶金及其他方面應用；感應加熱裝置的電源和其現(xiàn)代化控制系統(tǒng)等。我國感應加熱在工業(yè)上的應用，起步于20 世紀50 年代，

11、在機床制造、紡織機制造、汽車、拖拉機工業(yè)等部門應用最早，當時的感應加熱技術，絕大部分來自前蘇聯(lián)，少部分來自捷克、比利時等國家。5 0 年代末，我國已自制出電子管式高頻電源與機械式中頻發(fā)電機，感應熔煉、感應透熱、淬火、介質加熱等各種設備與工藝相繼在工業(yè)上得到應用。6 0 年代后，各個部門、企業(yè)在自力更生精神鼓舞下，研制出晶閘管中頻電源，改進了電子管式高頻電源，并設計、制造了各種型式的淬火機床，其典型結構已匯編入原機械部第六設計院的淬火機床圖集，共計5 5 種。對外開放以來，通過出國考察、進口設備、引進技術等多種渠道，工業(yè)發(fā)達國家的現(xiàn)代感應加熱技術逐漸進入了我國工業(yè)的各個部門，使感應加熱這一節(jié)能、

12、高效、自動化、高重現(xiàn)性、環(huán)保的技術更有效地得到利用。目前，感應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存在高導通損耗等缺熱電源通常飛功熱風率較大，對功率器件、無源器件、電纜、布線、接地和屏蔽等均有許多特殊要求。因此，實現(xiàn)感應加熱電源高頻地方加熱電源的發(fā)展。從電路的角度來考慮感應加熱電源的大容量化，可將大容量化技術分為兩大類:一類是器件的串、并聯(lián);另一類是多橋或多臺電源的串、并聯(lián)。在器件的串、并聯(lián)方式中，必須認真處理串聯(lián)器件的均壓問題和并聯(lián)器件的均流問題，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、臺電源的串、并聯(lián)技術是在器件串、并聯(lián)技術基礎上進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，在單機容量適當?shù)那闆r下，可簡單地通過串、并聯(lián)運行方式得到大容量裝置，每臺單機只是裝置的一個單元。 感應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，當兩電壓源并聯(lián)時，相互間的幅值、相位和頻率不同或波動時將導致很大的環(huán)流，以至逆變器件的電流產生嚴重不均，因此，串聯(lián)逆變器存在并機擴容困難；而對 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)有足夠的時間來糾正直流電

14、流的偏差，達到多機并聯(lián)擴容，晶體管化超音頻、高頻電流多采用并聯(lián)逆變器結構，并聯(lián)逆變器易于模塊化、大容量化是其中的一個主要原因。 感應加熱電源的負載對象各式各樣，而 電源逆變器與負載是一有機的整體，一般采用匹配變壓器連接電源和負載感應器，高頻、超音頻電源地方文化覅答復您愛dnf阿克角色方腦殼用的匹配變壓器從磁性材料到繞組結構正在得到進一步的優(yōu)化改進，同時，從電路拓撲上可以用三無源元件代替二無源元件，以取消變壓器，實現(xiàn)高效、低成本匹配。 【展望與結語】一、 展望 感應加熱技術近年來的進展無論是設備制造還是工藝革新均有長足的進步。國內感應加熱技術的發(fā)展，起步于上世紀電源設備的制造，接著感應淬火工藝裝

15、備也緊隨其后?，F(xiàn)在國內感應淬火工藝裝備制造業(yè)也日益擴大，產品品種多，原來需要進口的裝備，逐步被國產品所取代，在為國家節(jié)省外匯的同時，也發(fā)展了國內的相關企業(yè)。目前感應加熱制造業(yè)的服務對象主要是汽車制造業(yè)，今后現(xiàn)代冶金工業(yè)將對感應加熱有較大需求，應予注意。從高起點出發(fā)，國內進口一些先進的感應加熱裝備是必要的。據(jù)不完全統(tǒng)計，對外開放以來，我國已進口各種感應加熱電源與淬火機床達1 0 0 套以上，這些分別來自德、美、英、法、日、意、西班牙、比利時、俄羅斯的裝備，各有所長。如何取長補短、洋為中用，提高我國感應加熱技術的水平，這是當前我們面臨的一個課題。二、 結語 感應加熱技術近年來在國內外有很大的發(fā)展，

16、國內產品替代進口的比例正日益提高，但應注意以下幾個方面，這將更助于這些技術的發(fā)展。 ( 1 ) 技術信息。國際上經常有一些感應加熱研討會活動，討論感應加熱發(fā)展中的新技術，我國相關部門應主動參與。國際間定期舉辦的熱處理展覽會，同樣是觀察新技術發(fā)展的平臺，應有專業(yè)機構收集、整理這些資料，針對國內專業(yè)提出科研項目與產品發(fā)展規(guī)劃。 ( 2 ) 組織翻譯國外感應加熱專著與論文。如近年來法國、美國出版了多種感應加熱專著，就電源、感應加熱技術在各個領域的應用闡述得十分全面，對國內各感應加熱企業(yè)與科研院校均是十分有用的。 ( 3 ) 定期組織國內感應加熱學術研討會與熱處理展覽會，使國內技術與裝備的發(fā)展得到交流。 ( 4 ) 對國內感應加熱產品應從技術標準進行規(guī)范。如透熱、熔煉鋼材的能耗指標、