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高頻感應加熱技術基礎知識

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更新時間:2015年10月29日20:46:41 打印此頁 關閉
摘要: 高頻機及感應加熱技術目前對金屬材料加熱效率最高、速度最快,且低耗環保。它已經廣泛應用于各行各業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;可實現工件的深層透熱,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,感應加熱技術必將在各行各業中應用越...
高頻機及感應加熱技術目前對金屬材料加熱效率最高、速度最快,且低耗環保。它已經廣泛應用于各行各業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;可實現工件的深層透熱,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,感應加熱技術必將在各行各業中應用越來越廣泛。


  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。隨著工業的發展,感應加熱熱處理技術不斷改進,應用范圍也不斷擴大。


  基本原理 將工件放入感應器(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很不均勻,工件表層電流密度很高,向內逐漸減小, 這種現象稱為集膚效應。工件表層高密度電流的電能轉變為熱能,使表層的溫度升高,即實現表面加熱。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,即可實現表面淬火。  


  分類 根據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。①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。②高頻感應加熱熱處理所用的電流頻率通常為200~300千赫,加熱層深度為0.5~2毫米,可用于齒輪、汽缸套、凸輪、軸等零件的表面淬火。③超音頻感應加熱熱處理所用的電流頻率一般為20~30千赫,用超音頻感應電流對小模數齒輪加熱,加熱層大致沿齒廓分布,粹火后使用性能較好。④中頻感應加熱熱處理所用的電流頻率一般為2.5~10千赫,加熱層深度為2~8毫米,多用于大模數齒輪、直徑較大的軸類和冷軋輥等工件的表面淬火。⑤工頻感應加熱熱處理所用的電流頻率為50~60赫,加熱層深度為10~15毫米,可用于大型工件的表面淬火。  


  特點和應用 感應加熱的主要優點是:①不必整體加熱,工件變形小,電能消耗小。②無公害。③加熱速度快,工件表面氧化脫碳較輕。④表面淬硬層可根據需要進行調整,易于控制。⑤加熱設備可以安裝在機械加工生產線上,易于實現機械化和自動化,便于管理,且可減少運輸,節約人力,提高生產效率。⑥淬硬層馬氏體組織較細,硬度、強度、韌性都較高。⑦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次數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生器和可控硅變頻器兩種。中頻電流電源設備是發電機組。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。   


  感應加熱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,可采用連續加熱的方法,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,必須根據工件的形狀和要求,設計制造結構適當的感應器。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。  
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