感應加熱

感應加熱原理

感應加熱表面淬火是利用電磁感應原理，在工件表面層產(chǎn)生密度很高的感應電流，迅速加熱至奧氏體狀態(tài)，隨后快速冷卻得到馬氏體組織的淬火方法，。當感應圈中通過一定頻率的交流電時，在其內外將產(chǎn)生與電流變化頻率相同的交變磁場。金屬工件放入感應圈內，在磁場作用下，工件內就會產(chǎn)生與感應圈頻率相同而方向相反的感應電流。由于感應電流沿工件表面形成封閉回路，通常稱為渦流。此渦流將電能變成熱能，將工件的表面迅速加熱。渦流主要分布于工件表面，工件內部幾乎沒有電流通過，這種現(xiàn)象稱為表面效應或集膚效應。感應加熱就是利用集膚效應，依靠電流熱效應把工件表面迅速加熱到淬火溫度的。感應圈用紫銅管制做，內通冷卻水。當工件表面在感應圈內加熱到一定溫度時，立即噴水冷卻，使表面層獲得馬氏體組織。

感應電動勢的瞬時值為：

式中：e——瞬時電勢，V；Φ——零件上感應電流回路所包圍面積的總磁通，Wb，其數(shù)值隨感應器中的電流強度和零件材料的磁導率的增加而增大，并與零件和感應器之問的間隙有關。

零件中感應出來的渦流的方向，在每一瞬時和感應器中的電流方向相反，渦流強度取決于感應電勢及零件內渦流回路的電抗，可表示為：

式中，I——渦流電流強度，A；Z——自感電抗，Ω；R——零件電阻，Ω；X——阻抗，Ω。

由于Z值很小，所以I值很大。

零件加熱的熱量為：

對鐵磁材料（如鋼鐵），渦流加熱產(chǎn)生的熱效應可使零件溫度迅速提高。鋼鐵零件是硬磁材料，它具有很大的剩磁，在交變磁場中，零件的磁極方向隨感應器磁場方向的改變而改變。在交變磁場的作用下，磁分子因磁場方向的迅速改變將發(fā)生激烈的摩擦發(fā)熱，因而也對零件加熱起一定作用，這就是磁滯熱效應。這部分熱量比渦流加熱的熱效應小得多。鋼鐵零件磁滯熱效應只有在磁性轉變點A2(768℃)以下存在，在A2以上，鋼鐵零件失去磁性，因此，對鋼鐵零件而言，在A₂點以下，加熱速度比在A₂點以上時快。

感應加熱頻率選擇

感應加熱頻率的選擇：根據(jù)熱處理及加熱深度的要求選擇頻率，頻率越高加熱的深度越淺。

高頻（10KHZ以上）加熱的深度為0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加熱，如小模數(shù)齒輪及中小軸類零件等。

中頻（1~10KHZ）加熱深度為2-10mm，一般用于直徑大的軸類和大中模數(shù)的齒輪加熱。

工頻(50HZ)加熱淬硬層深度為10-20mm，一般用于較大尺寸零件的透熱，大直徑零件（直徑300mm以上，如軋輥等）的表面淬火。

感應加熱經(jīng)驗公式

感應加熱淬火表層淬硬層的深度，取決于加熱的厚度，而加熱的厚度又取決于交流電的頻率，一般是頻率高加熱深度淺，淬硬層深度也就淺。頻率f與加熱深度δ的關系，有如下公式：

式中：f為頻率，單位為Hz；δ為加熱深度，單位為毫米（mm）。

現(xiàn)代感應加熱電源正朝著大功率，高頻化方向發(fā)展。這對現(xiàn)代電力電子器件來說是一個相當大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的方法是采用器件串并聯(lián)的方式，但這存在器件之間均流均壓閑難的問題，特別是當器件串并聯(lián)很多時，則需要保證精確的同步信號，以避免器件之間的環(huán)流損壞電力電子器件。但在很多情況下這很難精確保證。特別是當串并聯(lián)器件較多功率等級很大時，它的優(yōu)良特性可有效地減少逆變橋并聯(lián)之間的環(huán)流，通過參數(shù)設計可以均衡各橋的功率分配，降低器件的損耗，從而有效地解決了逆變橋并聯(lián)中出現(xiàn)的一些問題，有利于感應加熱電源多橋并聯(lián)，提高輸出功率和可靠性。

感應加熱并聯(lián)模塊環(huán)流分析

LLC諧振負載最大的優(yōu)點是有利于感應加熱中的多機并聯(lián)，它不需要在逆變器之間附加任何元件，即使各橋的信號延時角度很大也能保證系統(tǒng)止常工作，抑制各橋之間的環(huán)流，調節(jié)各逆變器的輸出功率。

感應加熱設備未來特性

隨著感應熱處理生產(chǎn)線自動化控制程度及電源高可靠性要求的提高，必須加強加熱工藝成套裝置的開發(fā)。同時感應加熱系統(tǒng)正向智能化控制方向發(fā)展，具有計算機智能接口、遠程控制和故障自動診斷，小型化，適合野外作業(yè)，高效節(jié)能等控制性能的感應加熱電源系統(tǒng)正成為未來的發(fā)展目標。2100433B

感應加熱是一種相當新的工藝，它之所以獲得應用，主要是由于它獨特的性能。當迅速變化的電流流過金屬工件時，便產(chǎn)生集膚效應，它使電流集中于工件表層，在金屬表層上產(chǎn)生一個選擇性很高的熱源。法拉弟發(fā)現(xiàn)了集膚效應的這個優(yōu)點，發(fā)現(xiàn)了電磁感應這個值得注意的現(xiàn)象。他也是感應加熱的奠基者。感應加熱不要求外部熱源，而是利用受熱工件自身作為熱源，這個方法也不要求工件與能源即感應線圈接觸。其他的性能，包括可以根據(jù)頻率選擇不同的加熱深度，根據(jù)線圈耦合設計而得到精確的局部加熱，以及很高的功率密集度，或者說很高的功率密度。

適于感應加熱的熱處理過程應充分利用這些特性，并按下列步驟設計出完整的設備。

首先，工藝要求必須與感應加熱的基本特性相符。本章將敘述工件中的電磁效應、合成電流的分布和吸收的功率。根據(jù)感應電流產(chǎn)生的加熱效應和溫度效應，以及在不同的頻率，不同的金屬和工件形狀下，溫度的分布狀況等這些知識，使用者和設計者，即可根據(jù)技術條件的要求決定其棄取。

第二，感應加熱的具體形式，必須按是否符合技術條件的要求而確定，還應廣泛掌握應用和發(fā)展情況，感應加熱主要的應用趨勢。

第三，感應加熱的適宜性和最好的使用方法確定之后，便可設計出感應器和供電系統(tǒng)。

感應加熱中的許多問題，與工程上的一些基本感性知識很相似，一般都是來源于實踐經(jīng)驗。也可以這樣說，如果沒有對于感應器形狀、電源頻率和受熱金屬熱工性能的正確理解，就不可能設計出感應加熱器或系統(tǒng)。

感應加熱的作用，在不可見的磁場影響下，與火焰淬火是一樣的。例如，由高頻發(fā)生器產(chǎn)生的較高頻率（200000赫以上），一般能產(chǎn)生劇烈、快速和局部性的熱源，相當于小而集中的高溫氣體火焰的作用。反之，中頻（1000赫及10000赫）的加熱效果，比較分散和緩慢，熱量穿透較深，與比較大的和開闊的氣體火焰相似。

感應加熱表面淬火具有表面質量好，脆性小，淬火表面不易氧化脫碳，變形小等優(yōu)點，所以感應加熱設備在金屬表面熱處理中得到了廣泛應用。

感應加熱感應加熱設備

感應加熱設備是產(chǎn)生特定頻率感應電流，進行感應加熱及表面淬火處理的設備。

感應加熱表面淬火

將工件放在用空心銅管繞成的感應器內，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電流，將零件表面迅速加熱（幾秒鐘內即可升溫800～1000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。

與普通加熱淬火比較感應加熱表面淬火具有以下優(yōu)點：

1、加熱速度極快，可擴大A體轉變溫度范圍，縮短轉變時間。

2、淬火后工件表層可得到極細的隱晶馬氏體，硬度稍高（2～3HRC）。脆性較低及較高疲勞強度。

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，易于實現(xiàn)機械化，自動化。

第1章感應加熱技術的發(fā)展與在鋼材熱處理中的應用

1.1感應加熱技術的發(fā)展概況

1.1.1感應加熱技術的產(chǎn)生與演變

1.1.2感應加熱技術的工業(yè)應用

1.2感應加熱技術在鋼材快速熱處理領域的應用

1.2.1無縫鋼管感應加熱快速熱處理方面的應用

1.2.2焊接鋼管感應加熱快速熱處理方面的應用

1.2.3棒材感應加熱快速熱處理方面的應用

1.2.4鋼絲感應加熱快速熱處理方面的應用

1.2.5鋼軌感應加熱熱處理的應用

1.2.6帶材和板材感應加熱快速熱處理方面的應用

1.3鋼材感應加熱快速熱處理工藝的特點

1.3.1顯著改善鋼材的力學性能和表面質量

1.3.2改善鋼材的特殊性能

1.3.3降低鋼材熱處理時的能源消耗

1.3.4感應加熱快速熱處理工藝是綠色環(huán)保型工藝

第2章鋼材感應加熱快速熱處理的基本原理

2.1鋼材感應加熱的物理原理

2.1.1鋼材感應加熱的基本電路與磁、電、熱能的轉化

2.1.2電磁感應現(xiàn)象與法拉第電磁感應定律

2.1.3電流的熱效應與焦耳.楞茨定律

2.1.4感應電流在金屬內部分布的特點

2.1.5金屬內部熱傳導與溫度的均勻化

2.2鋼材感應加熱快速熱處理的金屬學基礎

2.2.1傳統(tǒng)加熱時奧氏體的形成過程

2.2.2感應加熱對奧氏體形成過程的影響

2.2.3感應加熱奧氏體冷卻過程的組織轉變

2.2.4感應加熱淬火鋼回火時的組織轉變

第3章鋼材感應加熱快速熱處理設備

3.1鋼材感應加熱快速熱處理用加熱電源

3.1.1感應加熱電源主電路的基本結構

3.1.2晶閘管中頻感應加熱電源

3.1.3晶體管超音頻感應加熱電源

3.1.4高頻感應加熱電源

3.1.5鋼材感應加熱快速熱處理用電源類型的選擇

3.2感應加熱電源頻率的選擇

3.2.1感應加熱電源頻率與加熱效率的關系

3.2.2感應加熱電源頻率與加熱溫度和溫度均勻性的關系

3.2.3感應加熱電源頻率與加熱鋼材尺寸的關系

3.2.4感應加熱電源頻率與變頻電源投資費用的關系

3.2.5感應加熱電源頻率選擇的綜合分析

3.3感應加熱電源功率的選擇與確定

3.3.1感應加熱快速熱處理用電源功率的平衡分析

3.3.2感應加熱電源功率容量的計算方法

3.3.3感應加熱鋼材快速熱處理用電源設備的選擇

3.4感應加熱鋼材快速熱處理用感應器

3.4.1鋼材感應加熱快速熱處理用感應器的分類

3.4.2鋼材感應加熱快速熱處理用感應器與電源的連接方式

3.4.3感應加熱用感應器的參數(shù)選擇與計算

3.5感應加熱快速熱處理用機械裝置

3.5.1鋼材的供料和收料機構

3.5.2鋼材的水平傳送機構

3.5.3鋼材自身旋轉機構

3.5.4鋼材夾持輥和熱校直裝置

3.6鋼材感應加熱快速熱處理生產(chǎn)線概況

3.6.1無縫鋼管感應加熱調質處理生產(chǎn)裝置

3.6.2棒材感應加熱快速熱處理裝置

3.6.3線材感應加熱快速熱處理生產(chǎn)線

第4章鋼材感應加熱快速熱處理的工藝問題

4.1感應加熱過程鋼材的透熱問題

4.1.1感應加熱時金屬的升溫曲線

4.1.2感應加熱時金屬升溫過程的特點

4.1.3感應加熱鋼材透熱時間的近似計算方法

4.2感應加熱過程鋼材溫度的均勻性

4.2.1感應加熱鋼材徑向溫度的均勻性及影響因素

4.2.2感應加熱鋼材縱向溫度的均勻性及影響因素

4.3感應加熱鋼材溫度的測量與控制

4.3.1感應加熱鋼材溫度的測量方法

4.3.2感應加熱鋼材溫度的控制方法

4.4感應加熱快速熱處理的加熱與冷卻問題

4.4.1感應加熱快速熱處理時的淬火加熱

4.4.2感應加熱快速熱處理時的淬火冷卻

4.4.3感應加熱快速熱處理用淬火介質

4.4.4感應加熱快速熱處理時的回火加熱與冷卻

4.5感應加熱快速熱處理時鋼材的外觀質量

4.5.1感應加熱快速熱處理鋼材的氧化與脫碳

4.5.2感應加熱快速退火處理時冷拉材直徑的變化

4.5.3感應加熱調質處理鋼管的變形與尺寸變化

第5章無縫鋼管感應加熱快速熱處理

5.1低合金熱強鋼鋼管感應加熱快速正火處理

5.1.1低合金熱強鋼的概況

5.1.2低合金熱強鋼的感應加熱復合熱處理工藝

5.2高強度小口徑無縫鋼管的感應加熱調質處理

5.2.1高強度小口徑無縫鋼管的應用概況

5.2.2高強度小口徑無縫鋼管感應加熱調質處理工藝

5.2.3感應加熱調質處理小口徑無縫鋼管的性能特點

5.2.4感應加熱調質處理小口徑鋼管的使用效果

5.3石油天然氣鉆采用無縫鋼管的感應加熱調質處理

5.3.1石油天然氣鉆采用鋼管的應用概況

5.3.2石油天然氣鉆采用鋼管的感應加熱調質處理工藝

5.3.3感應加熱調質處理石油天然氣鉆采用鋼管的性能特點

第6章焊接鋼管感應加熱快速熱處理

6.1感應加熱焊縫熱處理在焊管生產(chǎn)中的應用概況

6.1.1感應加熱焊縫熱處理的目的

6.1.2感應加熱焊縫熱處理方法

6.2焊縫感應加熱正火處理

6.2.1焊縫感應加熱正火處理溫度的選擇

6.2.2焊縫感應加熱正火保溫時間和冷卻方式

6.2.3焊縫感應加熱正火處理后的力學性能

6.3焊縫感應加熱調質處理

6.3.1焊縫感應加熱淬火與自行回火處理工藝

6.3.2焊縫感應加熱淬火與回火處理工藝

6.4焊縫橫向磁場感應加熱的工藝控制

6.4.1直縫焊管焊縫橫向磁場感應加熱

6.4.2焊縫加熱溫度的測量與調控

6.4.3焊縫加熱的對準裝置

第7章條材感應加熱快速熱處理

7.1熱軋棒材感應加熱調質處理

7.1.1熱軋棒材感應加熱調質處理概況

7.1.2熱軋棒材感應加熱調質處理工藝

7.1.3感應加熱調質處理熱軋棒材的性能特點

7.2棒材感應加熱快速球化退火處理

7.2.1傳統(tǒng)球化退火處理過程及其存在問題

7.2.2感應加熱快速球化退火處理工藝

7.3PC鋼材的感應加熱調質處理

7.3.1PC鋼材的生產(chǎn)概況

7.3.2PC鋼材感應加熱調質處理工藝

7.3.3PC鋼材感應加熱調質處理生產(chǎn)線

7.3.4感應加熱調質處理PC鋼材的力學性能

7.4奧氏體氣閥鋼條材感應加熱固溶處理

7.4.1奧氏體氣閥鋼條材固溶處理概況

7.4.2奧氏體氣閥鋼條材感應加熱固溶處理工藝

7.4.3感應加熱固溶處理奧氏體氣閥鋼的性能特點

7.4.4奧氏體鋼條材感應加熱固溶處理工藝的推廣應用

7.5雙相氣閥鋼條材感應加熱固溶處理

7.5.1雙相氣閥鋼條材固溶處理概況

7.5.2雙相氣閥鋼30Cr13Ni7Si2條材的感應加熱固溶處理工藝

7.5.3感應加熱固溶處理氣閥鋼30Cr13Ni7Si2的性能特點

7.6鋼軌感應加熱熱處理

7.6.1鋼軌強化的熱處理方法

7.6.2感應加熱鋼軌頭部欠速淬火處理（SQ處理）概況

7.6.3感應加熱鋼軌欠速淬火處理工藝參數(shù)的選擇

7.6.4感應加熱SQ處理鋼軌的力學性能

7.7冷拉軸承鋼材感應加熱快速退火處理

7.7.1冷拉軸承鋼材退火處理工藝概況

7.7.2冷拉軸承鋼材感應加熱快速退火工藝

7.7.3感應加熱快速退火處理冷拉軸承鋼材的性能特點

7.7.4感應加熱快速退火處理后冷拉軸承鋼材內應力的狀況

7.7.5感應加熱快速退火處理后軸承鋼的球化組織狀態(tài)

第8章鋼絲感應加熱快速熱處理

8.1預應力鋼絲的感應加熱穩(wěn)定化處理

8.1.1預應力鋼絲感應加熱穩(wěn)定化處理概況

8.1.2預應力鋼絲感應加熱穩(wěn)定化處理工藝

8.1.3預應力鋼絲感應加熱穩(wěn)定化處理的效果

8.2高碳鋼絲感應加熱（半程）索氏體化處理

8.2.1高碳鋼絲索氏體化處理概況

8.2.2高碳鋼絲半程感應加熱索氏體化處理工藝

8.2.3高碳鋼絲半程感應加熱索氏體化處理的工藝問題

8.3高碳鋼絲全程感應加熱索氏體化處理

8.3.1高碳鋼絲全程感應加熱索氏體化處理的基本工藝過程

8.3.2高碳鋼絲全程感應加熱索氏體化處理的試驗結果

8.4彈簧鋼絲感應加熱調質處理

8.4.1彈簧鋼絲調質熱處理的應用概況

8.4.2彈簧鋼絲感應加熱調質處理工藝

8.4.3彈簧鋼絲感應加熱調質處理工藝參數(shù)的選擇

8.4.4感應加熱調質處理彈簧鋼絲的性能特點

8.5盤卷線材感應加熱井式爐退火處理

8.5.1感應加熱井式退火爐的結構

8.5.2感應加熱井式爐盤卷線材的退火處理工藝

8.5.3感應加熱井式退火爐的改進方向

第9章板材、帶材感應加熱快速熱處理

9.1奧氏體不銹鋼板材感應加熱固溶處理

9.1.1鋼板縱向磁場感應加熱固溶處理裝置

9.1.2鋼板感應加熱固溶處理工藝參數(shù)的選擇

9.1.3感應加熱固溶處理時鋼板的變形

9.1.4鋼板感應加熱固溶處理時的生產(chǎn)率和單位能耗

9.2帶材橫向磁場感應加熱快速熱處理

9.2.1帶材橫向磁場感應加熱

9.2.2帶材橫向磁場感應加熱時的特點

9.2.3帶材橫向磁場感應加熱退火處理

9.2.4橫向磁場感應加熱帶材退火處理時的工藝問題

9.2.5奧氏體不銹鋼帶材橫向磁場感應加熱固溶處理

第10章半制品坯料的感應加熱快速熱處理

10.1鋼管感應加熱彎管及其熱處理

10.1.1感應加熱彎管的復合調質處理工藝

10.1.2感應加熱復合調質處理彎管的力學性能

10.2液壓支柱用鋼管坯料感應加熱調質處理

10.2.1液壓支柱用鋼管的化學成分與力學性能

10.2.2液壓支柱用鋼管坯料感應加熱調質處理裝置

10.2.3感應加熱調質處理液壓支柱油缸鋼管的效果

10.3短棒材坯料中頻感應加熱調質處理

10.3.1活塞桿坯料感應加熱調質處理工藝

10.3.2調質處理工藝參數(shù)的選擇

10.3.3活塞桿感應加熱調質處理后的性能

第11章鋼材感應加熱快速熱處理時的能源消耗

11.1鋼材感應加熱快速熱處理時的單位能耗

11.1.1鋼材加熱時的理論單位能耗

11.1.2鋼材加熱時的實際單位能耗

11.1.3感應加熱快速熱處理時鋼材的單位能耗

11.2鋼材感應加熱快速熱處理時的能源利用狀況

11.2.1能源利用率及其計算方法

11.2.2鋼材感應加熱快速熱處理時的能源利用率

11.3感應加熱快速熱處理的節(jié)能特點

11.3.1鋼材感應加熱的節(jié)能特點

11.3.2鋼材感應加熱快速熱處理的工藝節(jié)能特點

參考文獻2100433B

序言

目錄

引論

第一章 感應加熱規(guī)范的綜合程序控制原理

第二章 感應加熱程序調節(jié)系統(tǒng)電路及結構

第三章 感應加熱程序調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)

結論

參考文獻