1、感應加熱表面淬火基本原理感應加熱表面淬火的應用及基本原理分析。一、應用承受扭轉、彎曲等交變負荷作用的工件，要求表面層承受比心部更高的應力或耐磨性，需對工件表面提出強化要求，適于含碳量We=0.400.50%鋼材。 二、工藝方法快速加熱與立即淬火冷卻相結合。通過快速加熱使待加工鋼件表面達到淬火溫度，不等熱量傳到中心即迅速冷卻，僅使表層淬硬為馬氏體，中心仍為未淬火的原來塑性、韌性較好的退火（或正火及調質）組織。三、主要方法感應加熱表面淬火（高頻、中頻、工頻）,火焰加熱表面淬火，電接觸加熱表面淬火，電解液加熱表面淬火，激光加熱表面淬火，電子束加熱表面淬火。四、感應加熱表面淬火（一）基本原理：將工件放

2、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8001000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。（如下圖所示）  （二）加熱頻率的選用室溫時感應電流流入工件表層的深度（mm）與電流頻率f（HZ）的關系為頻率升高，電流透入深度降低，淬透層降低。常用的電流頻率有：1、高頻加熱：100500KHZ，常用200300KHZ，為電子管式高頻加熱，淬硬層深為0.52.5mm，適于中小型零件。2、中頻加熱：電流頻率為50010000HZ，常用25008000HZ，電源設備為機械式中

3、頻加熱裝置或可控硅中頻發生器。淬硬層深度10 mm。適于較   大直徑的軸類、中大齒輪等。3、工頻加熱：電流頻率為50HZ。采用機械式工頻加熱電源設備，淬硬層深可達1020mm，適于大直徑工件的表面淬火。（三）、感應加熱表面淬火的應用與普通加熱淬火比較具有：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（23HRC）。脆性較低及較高疲勞強度。3、經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，易于實現機械化，自動化。五、火焰表面加熱淬火適于中碳鋼35、45鋼和中碳合金結

4、構鋼40Cr及65Mn、灰口鑄鐵、合金鑄鐵的火焰表面淬火。是用乙炔-氧或煤氣-氧混合氣燃燒的火焰噴射快速加熱工件。工件表面達到淬火溫度后，立即噴水冷卻。淬硬層深度為26mm，否則會引起工件表面嚴重過熱及變形開裂。一、高頻感應加熱的原理感應加熱是利用導體在高頻磁場作用下產生的感應電流(渦流損耗、。以及導體內磁場的作用(磁滯損耗)引起導體自身發熱而進行加熱的。三、感應加熱系統的構成感應加熱系統田高頻電源(高頻發生器)、導線、變壓器、感應器組成。其工作步驟是由高頻電源把普通電源( 220v/50hz)變成高壓高頻低電流輸出，(其頻率的高低根據加熱對象而定，就其包材而言，一般頻率應在480kHZ左右。

5、)通過變壓器把高壓、高頻低電流變成低壓高頻大電流。感應器通過低壓高頻大電流后在感應器周圍形成較強的高頻磁場。一般電流越大.磁場強度越高。全晶體管高頻感應加熱設備1高頻感應加熱設備現狀高頻感應加熱設備在我省已得到廣泛應用，設各頻率范圍在20-450 kHz,高頻功率最大可達400 kW。我省的高頻感應加熱設備主要應用于金屬熱處理、淬火、透熱、熔煉、釬焊、直縫鋼管焊接、電真空器件去氣加熱、半導體材料煉制、塑料熱合、烘烤和提純等。現在我省使用的高頻感應加熱設備都是以大功率真空管(發射電子管)為核心構成單級自激振蕩器，把高壓直流電能量轉換成高頻交流電能量，它們的電子管板極轉換效率一般在75環左右，設備

6、的整機總效率一般在50絨以下，水和電能的消耗非常大。自70年代中期后，對高頻設備也進行了一系列改進，如:(1)用節能型牡鎢煙絲電子管代替老式純鎢燈絲系列電子管，如FV-911代替FV-433 FV-431,FV-89F管等;<2)采用高壓硅堆整流代替充汞閘流管整流;(3)采用大功率雙向可控硅結合微機調壓代替原閘流管調壓;(4)根據各自工藝條件重新更改振蕩回路，選擇合理的振蕩頻率。這樣，經過一系列改造后，使我省的高頻設備整機總電效率有一定的提高，在節能方面有一定的效果，但由于振蕩電子管這個耗電最大的器件未能改掉，所以在節能方面，并不是特別顯著。2全晶體蒼高頻感應加熱設備電子技術的發展，可謂

7、日新月異。80年代初，日本首先改進半導體生產工藝，開發生產出場控電力電子器件大功率靜電感應晶體管(SIT ) ,并設計制成換流橋式的，把直流電能量轉換成高頻電能量的全晶體管化高頻感應加熱設備，隨后美國、西德等發達國家也迅速研制，使之很快就商品化了。2. 1大功率靜電感應晶體管(SIT)的特點大功率靜電感應晶體管(SIT)是一種大功率電力電子器件，它的符號與三極管相同，作用也相似，但它主要用在大功率換流或導通的控制場合，它具有以下幾個特點:(1)具有“正導通”特性，在正柵壓為"0 V”時，SIT處于導通狀態，而在加上負柵壓時，則將處于關斷狀態;(2)開關速度快，可用于高頻段;(3)是高

8、輸入阻抗的電壓控制型器件，所以用較小的驅動功率就能控制較大的功率;(4)SIT元件是高耐壓大電流型器件;(5)電流的負溫度系數不會使電流集中，從而有利于并聯驅動，因此可運用于大功率裝置。目前，靜電感應晶體管<SIT)的單管功耗有1kW和3kW級的電力電子器件，供組裝高頻逆變設備.2. 2全晶體管高頻感應加熱設備主電路由靜電感應晶體管SIT組裝的高頻感應加熱設備主回路如附圖所示，主電路由3部份組成:(1)直流電源部份:該部份是把工頻三相交流電轉換為直流電，并控制下面幾部份。該部份主要由三相晶閘管(SCR)可調電路和直流電抗器La與電解電容Ca組成的直流濾波器組成，調整三相晶閘管整流電路的直

9、流輸出電壓，可調節該設備的輸出功率。輸入電壓為工頻3p380V，最大直流電壓可達500 V以上，輸出直流可以100100%連續可調。C2)逆變部份:該部份把直流交換為高頻交流，并控制后面部份，這部份由電壓型單相全橋電路構成，使用1kW或3kW級功耗的SIT作為逆變橋的開關器件，使用同一級功耗的SIT器件組成電路時，設備的功率越大，頻率越高，每一橋臂上并聯的SIT器件愈多;R C。和D.為緩沖電路，當SIT開始關斷而產生浪涌電壓，超過這些電路中的直流電壓時，二級管D，導通，而電容器C。吸收該浪涌能量，使逆變橋中的SIT器件安全運行。SIT元件的導通或關斷是由設備上所配備的微機和專用程序控制觸發信

10、號，控制其導通或關斷。(3)負載回路部份:該部份的功能是把高頻功率輸向被加熱的金屬工件上，負載回路是由諧振回路、電流互感器和加熱線圈組成，該電路中的串聯諧振回路構成了電壓型逆變電路，電容器CT和電感LT兩端各產生幾干伏以上的高頻電壓。高頻變流器次級側通常做成單匝，聯接著加熱線圈L，巨大的高頻電流在L。周圍所產生，高頻磁通使金屬工件迅速急劇發熱。3全晶體管化高頻與電子管式高頻比較全晶體管化高頻感應加熱設備在如下幾個方面優于電子管式高頻感應加熱設備。3. 1工作模式得到徹底改變電子管高頻感應加熱設備需將工頻3p380 V升高后，經高壓整流器件變換成相應的直流高壓才能供給電子管工作，電子管板極內阻天

11、，有大量功率損耗在板極上發熱，而且需要及時加水冷卻，同時還需把一部份功率反饋到柵極，并且要較大的燈絲加熱功率，這樣就有大量的電能損耗在轉換之中。而晶體管高頻中的SIT電力電子器件，只需較小的驅動功率來控制較大功率換流的產生，SIT元件正向導通壓降很小，損耗不大，并且采用直流500 V的低壓工作狀態。電子管板極轉換效率最高為750o,SIT電力電子器件為9200;全晶體管高頻省去了高壓整流變壓器、高壓硅堆;如果多管并用，能使熱量分散，只需加少量的水便可，30kW以下小功率高頻可減去水冷卻，晶體管高頻整機總效率比電子管高頻要高200003.2能源的節約電子管高頻電壓轉換次數多，電壓變化大，而全晶體

12、管高頻電壓變化不大，在幾百伏內變動，不需多次變換電能，所以全晶體管高頻比同功率電子管高頻節電3000.節水83沁，如輸出為80 kW級(FV-911S)電子管高頻，振蕩工作時輸入功率為158 kW，用水3 1/s，而同樣的輸出功為80 kW的全晶體管高頻，振蕩工作時，輸入功率只需113 kW ,用水。. 5 1/s，電子管還另需消耗2. 2 kW的燈絲加熱功率。3.3設備一與維護全晶體管高頻體積只有電子管高頻的1/3,所以設備占地面積也只有1/3，晶體管高!p沒備潔構簡單.l一作1卜常穩定.故障少(據國內使用廠家介紹，使用2年多沒有發現任何故障)，維修費用低，省去了原電子管高'G r1

13、 r i; " 1:需換的1 ?電r管(6',l loo kW高頻為例)，約7 000元，水套(2年更換1只)約3 500元，每年1次的整流變壓器檢修、濾油費約 m>o七.整個維修費1年最少可節約1萬多元。因用水量減少，水泵也可根據需要改用較小功率的。4國內外研制動態4. 1國外產品情況目前在世界上只有少數幾個國家的大公司能制造全晶體管高頻，如日本的島田理化工業(株)，富士電波機(株)，電氣興業(株)，美國的ENI公司，德國的FDF公司，EMA公司等，產品規格已成系列化，如:日本的:T系列20-30 kHz 3-50 kW七種規格，A系列200-300 kHz 2,5,

14、10 kW三種規格，SST系列20" 200 kHz 2.0, 30, 40kW三種規格，20150 kHz 50200kW六種規格，20100 kHz 300, 400kW二種規格。美國的:STATITRON系列50-300 kHz25一400 kW八種規格西德的:ELOMAT TGI系歹，j 50-200 kHz15-240 kW等規格，而且他們還在試制更高頻，更大功率的高頻設備，用途已不只是工業.如廣播電臺，軍事通訊等。4. 2國產化研制情況我國非常重視國際上這一電力電子器件技術的研究和應用，國家計委、科委、機電部已確定SI T元件和晶體管高頻的研制為“八五”國家重點科技攻關項目，具體布署了SIT器件及全晶體管化高頻設備整機的同步攻關，目前我國有關科研單位已研制出小功率0. 1 kW級以下的SIT元件.大功率級的研制還在進行，整機的研制