高频感应加热设备应用现状与发展前景简介

1、高频感应加热设备应用现状与发展前景简介【摘要】高频感应加热技术目前对金属材料加热效率最高、速度最快，且低耗环保。高频感应加热设备是金属加工行业广泛使用的设备，常用金属热处理、焊接、熔炼等生产领域。【关键词】高频加热设备、高频设备（原理、分类、特点、应用）、发展前景【设备简介】感应加热设备是一种将三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的电流，供给由电容和感应线圈里流过的交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。这种涡流同样具有高频电流的一些性质，即，金属自身的自由电子在有电阻的金属体里流动要产生热量。例如，把一根金属圆柱体放

2、在有交变中频电流的感应圈里，金属圆柱体没有与感应线圈直接接触，通电线圈本身温度已很低，可是圆柱体表面被加热到发红，甚至熔化，而且这种发红和熔化的速度只要调节频率大小和电流的强弱就能实现。如果圆柱体放在线圈心，那么圆柱体周边的温度是一样的，圆柱体加热和熔化也没有产生有害气体、强光污染环境。感应加热设备广泛应用在锻造、铸造、热处理、机械热加工、粉末冶金等各个领域。【高频感应加热技术基础知识】感应加热技术目前对金属材料加热效率最高、速度最快，且低耗环保。它已经广泛应用于各行各业对金属材料的热加工、热处理、热装配及焊接、熔炼等工艺中。它不但可以对工件整体加热，还能对工件局部的针对性加热；可实现工件的深

3、层透热，也可只对其表面、表层集中加热；不但可对金属材料直接加热，也可对非金属材料进行间接式加热。等等。因此，感应加热技术必将越来越应用广泛。用感应电流使工件局部加热的表面热处理工艺。这种热处理工艺常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有时也用于整体淬火和回火。20世纪30年代初，美国、苏联先后开始应用感应加热方法对零件进行表面淬火。随着工业的发展，感应加热热处理技术不断改进，应用范围也不断扩大。【基本原理】将工件放入感应器（线圈）内，当感应器中通入一定频率的交变电流时，周围即产生交变磁场。交变磁场的电磁感应作用使工件内产生封闭的感应电流涡流。感应电流在工件截面上的分布很不均匀，工件表层电流密

4、度很高，向内逐渐减小，这种现象称为集肤效应。工件表层高密度电流的电能转变为热能，使表层的温度升高，即实现表面加热。电流频率越高，工件表层与内部的电流密度差则越大，加热层越薄。在加热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却，即可实现表面淬火。【分类】根据交变电流的频率高低，可将感应加热热处理分为超高频、高频、超音频、中频、工频5类。超高频感应加热热处理所用的电流频率高达27兆赫，加热层极薄，仅约0.15毫米，可用于圆盘锯等形状复杂工件的薄层表面淬火。高频感应加热热处理所用的电流频率通常为200300千赫,加热层深度为0.52毫米，可用于齿轮、汽缸套、凸轮、轴等零件的表面淬火。超音频感应加热热处理所用的

5、电流频率一般为2030千赫，用超音频感应电流对小模数齿轮加热，加热层大致沿齿廓分布，粹火后使用性能较好。中频感应加热热处理所用的电流频率一般为2.510千赫，加热层深度为28毫米，多用于大模数齿轮、直径较大的轴类和冷轧辐等工件的表面淬火。工频感应加热热处理所用的电流频率为5060赫，加热层深度为1015毫米，可用于大型工件的表面淬火。【特点和应用】感应加热的主要优点是：不必整体加热，工件变形小，电能消耗小。无公害。加热速度快，工件表面氧化脱碳较轻。表面淬硬层可根据需要进行调整，易于控制。加热设备可以安装在机械加工生产线上，易于实现机械化和自动化，便于管理，且可减少运输，节约人力，提高生产效率。

6、淬硬层马氏体组织较细，硬度、强度、韧性都较高。表面淬火后工件表层有较大压缩内应力，工件抗疲劳破断能力较高。感应加热热处理也有一些缺点。与火焰淬火相比，感应加热设备较复杂，而且适应性较差，对某些形状复杂的工件难以保证质量。感应加热广泛用于齿轮、轴、曲轴、凸轮、轧辐等工件的表面淬火，目的是提高这些工件的耐磨性和抗疲劳破断的能力。汽车后半轴采用感应加热表面淬火，设计载荷下的疲劳循环次数比用调质处理约提高10倍。感应加热表面淬火的工件材料一般为中碳钢。为适应某些工件的特殊需要，已研制出供感应加热表面淬火专用的低淬透性钢。高碳钢和铸铁制造的工件也可采用感应加热表面淬火。淬冷介质常用水或高分子聚合物水溶液

7、。【设备】感应加热热处理的设备主要由电源设备、淬火机床和感应器组成。电源设备的主要作用是输出频率适宜的交变电流。高频电流电源设备有电子管高频发生器和可控硅变频器两种。中频电流电源设备是发电机组。一般电源设备只能输出一种频率的电流，有些设备可以改变电流频率，也可以直接用50赫的工频电流进行感应加热。电源设备的选择与工件要求的加热层深度有关。加热层深的工件，应使用电流频率较低的电源设备；加热层浅的工件，应使用电流频率较高的电源设备。选择电源设备的另一条件是设备功率。加热表面面积增大，需要的电源功率相应加大。当加热表面面积过大时或电源功率不足时，可采用连续加热的方法，使工件和感应器相对移动，前边加热

8、，后边冷却。但最好还是对整个加热表面一次加热。这样可以利用工件心部余热使淬硬的表层回火，从而使工艺简化，还可节约电能。感应加热淬火机床的主要作用是使工件定位并进行必要的运动。此外还应附有提供淬火介质的装置。淬火机床可分为标准机床和专用机床，前者适用于一般工件，后者适用于大量生产的复杂工件。进行感应加热热处理时，为保证热处理质量和提高热效率，必须根据工件的形状和要求，设计制造结构适当的感应器。常用的感应器有外表面加热感应器、内孔加热感应器、平面加热感应器、通用型加热感应器、特型加热感应器、单一型加热感应器、复合型加热感应器，熔炼加热炉等【设备安全操作规范】日常操作中应当特别注意的操作规范：(1)

9、必须有两人以上方可操作高频设备，并指定操作负责人。穿戴好绝缘鞋、绝缘手套和其它规定的防护用品。(2)操作者必须熟悉高频设备的操作规程，开机前应检查设备冷却系统是否正常，正常后方可送电，并严格按操作规程进行操作。(3)工作前应关好全部机门，机门应装电气联锁装置，保证机门未关前不能送电。高压合上后，不得随意到机后活动，严禁打开机门。(4)工件应去除毛刺、铁屑和油污，否则在加热时容易与感应器产生打弧现象。打弧现产生的电弧光既会损伤视力，也容易打坏感应器和损坏设备。(5)高频设备应保持清洁、干燥和无尘土，工作中发现异常现象，首先应切断高压电，再检查排除故障。必须有专人检修高频设备，打开机门后，首先用电

10、棒对阳极、栅极、电容器等放电，然后再开始检修，严禁带电抢修。(6)使用淬火机床，应遵守有关电气、机械和液压传动的安全规程。在移动淬火机床时，应防止倾倒。【感应加热技术的近期发展】今年正好是前苏联感应加热在工业应用的70周年，即将在俄罗斯圣彼得堡召开的“感应加热实际问题学术研讨会”将讨论感应加热技术发展中的许多学术问题，包括：感应熔炼；钢锭、坯料、杆、带和线材的感应加热；金属热处理；高频焊接和钎焊；磁流体动力学过程在冶金及其他方面应用；感应加热装置的电源和其现代化控制系统等。我国感应加热在工业上的应用，起步于20世纪50年代，在机床制造、纺织机制造、汽车、拖拉机工业等部门应用最早，当时的感应加热

11、技术，绝大部分来自前苏联，少部分来自捷克、比利时等国家。50年代末，我国已自制出电子管式高频电源与机械式中频发电机，感应熔炼、感应透热、淬火、介质加热等各种设备与工艺相继在工业上得到应用。60年代后，各个部门、企业在自力更生精神鼓舞下，研制出晶闸管中频电源，改进了电子管式高频电源，并设计、制造了各种型式的淬火机床，其典型结构已汇编入原机械部第六设计院的淬火机床图集，共计55种。对外开放以来，通过出国考察、进口设备、引进技术等多种渠道，工业发达国家的现代感应加热技术逐渐进入了我国工业的各个部门，使感应加热这一节能、高效、自动化、高重现性、环保的技术更有效地得到利用。目前，感应加热电源在中频频段主

12、要采用晶闸管，超音频频段主要采用IGBT,而在高频频段，由于SIT存在高导通损耗等缺热电源通常飞功热风率较大，对功率器件、无源器件、电缆、布线、接地和屏蔽等均有许多特殊要求。因此，实现感应加热电源高频地方加热电源的发展。从电路的角度来考虑感应加热电源的大容量化，可将大容量化技术分为两大类：一类是器件的串、并联；另一类是多桥或多台电源的串、并联。在器件的串、并联方式中，必须认真处理串联器件的均压问题和并联器件的均流问题，由于器件制造工艺和参数的离散性，限制了器件的串、并联数目，且串、并联数越多，装置的可靠性越差。多台电源的串、并联技术是在器件串、并联技术基础上进一步再容量化的有效手段，借助于可靠

13、的电源串、并联技术，在单机容量适当的情况下，可简单地通过串、并联运行方式得到大容量装置，每台单机只是装置的一个单元。感应加热电源逆变器主要有并联逆变器和串联逆变器，串联逆变器输出可等效为一低阻抗的电压源，当两电压源并联时，相互间的幅值、相位和频率不同或波动时将导致很大的环流，以至逆变器件的电流产生严重不均，因此，串联逆变器存在并机扩容困难；而对看佛ijwhnkigdfbn的并联逆变器，逆变器输入端的直流大电抗器可充当各并联逆变器之间的电流缓冲环节，使得输入端的AG/DG或DG/DG环节有足够的时间来纠正直流电流的偏差，达到多机并联扩容，晶体管化超音频、高频电流多采用并联逆变器结构，并联逆变器易

14、于模块化、大容量化是其中的一个主要原因。感应加热电源的负载对象各式各样，而电源逆变器与负载是一有机的整体，一般采用匹配变压器连接电源和负载感应器，高频、超音频电源地方文化麴答复您爱dnf阿克角色方脑壳用的匹配变压器从磁性材料到绕组结构正在得到进一步的优化改进，同时，从电路拓扑上可以用三无源元件代替二无源元件，以取消变压器，实现高效、低成本匹配。【展望与结语】一、展望感应加热技术近年来的进展无论是设备制造还是工艺革新均有长足的进步。国内感应加热技术的发展，起步于上世纪电源设备的制造，接着感应淬火工艺装备也紧随其后。现在国内感应淬火工艺装备制造业也日益扩大，产品品种多，原来需要进口的装备，逐步被国

15、产品所取代，在为国家节省外汇的同时，也发展了国内的相关企业。目前感应加热制造业的服务对象主要是汽车制造业，今后现代冶金工业将对感应加热有较大需求，应予注意。从高起点出发，国内进口一些先进的感应加热装备是必要的。据不完全统计，对外开放以来，我国已进口各种感应加热电源与淬火机床达100套以上,这些分别来自德、美、英、法、日、意、西班牙、比利时、俄罗斯的装备，各有所长。如何取长补短、洋为中用，提高我国感应加热技术的水平，这是当前我们面临的一个课题。、结语感应加热技术近年来在国内外有很大的发展，国内产品替代进口的比例正日益提高，但应注意以下几个方面，这将更助于这些技术的发展。(1)技术信息。国际上经常有一些感应加热研讨会活动，讨论感应加热发展中的新技术，我国相关部门应主动参与。国际间定期举办的热处理展览会，同样是观察新技术发展的平台，应有专业机构收集、整理这些资料，针对国内专业提出科研项目与产品发展规划。(2)组织翻译国外感应加热专著与论文。如近年来法国、美国出版了多种感应加热专著，就电源、感应加热技术在各个领域的应用阐述得十分全面，对国内各感应加热企业与科研院校均是十分有用的。(3)定期组织国内感应加热学术研讨会与热处理展览会，使国内技术与装备的发展得到交流。(4)对国内感应加热产品应从技术标准进行规范。如透热