感应加热新技术、新工艺在汽车制造中的应用

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1、感应加热新技术、新工艺在汽车制造中的应用作者：姜波崔凯李航宇孙彤雷一、感应加热的原理及特点1.电磁感应现象电磁感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流。电磁感应现象的发现，乃是电磁学领域中最伟大的成就之一。它不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，在实用上有重大意义。电磁感应现象的发现，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。事实证明，电磁感应是发电机

2、、感应电机、变压器和大部分其他电力设备操作的基础，在电工、电子技术、电气化、自动化和工业加热方面的广泛应用，对推动社会生产力和科学技术的发展起到了重要的作用。2.感应加热原理感应加热技术应用的就是变压器的工作原理，在感应器（变压器的初级线圈）中通入交变电流后，在其周围会产生交变磁场，放置在其附近的金属工件（变压器的短路次级线圈）在交变磁场的作用下，会产生电动势，在该电动势的驱使下使工件中的电子流动形成感应电流。在工件中电阻的作用下将电能转变为热能，使工件本身加热。3.感应加热的优点如上所述，感应加热是利用在金属中产生的感应电流

3、直接实现工件的加热。该加热方式是一种非接触式加热，其电热转换效率主要取决于金属材料的磁导率和感应器（变压器的初级线圈）与工件（变压器的次级线圈）的耦合程度，即金属的磁导率越高，热转换效率越高，感应器与工件的耦合越紧，热转换效率越高。而普通的炉中加热均需要有加热源，通过加热源的辐射、热量在加热介质中的对流，以及被加热体的热传导三个过程实现金属工件的加热，其加热效率是加热源的能量转换效率、热量的对流效率和热量在被加热体中的传导效率的综合效率。相比之下，感应加热具有如下优点：（1）没有对流和传导的加热过程，在工件的内部直接加热，加热

4、速度快。（2）减少了工件在加热过程中的氧化和脱碳。（3）节约能源，不需要炉中加热时所需的加热炉的预热和升温，可随时开始和停止加热，在非工作周期不需要保持加热炉的温度。（4）加热时间短，生产效率高，有效地减少了工艺成本。（5）可实现零件的局部加热。（6）设备的机械化、自动化程度高，占地面积少，可实现与自动化生产线的共线生产。（7）工作环境清洁、安全、噪声小，属于环境友好型生产方式。（8）设备的故障率低，维护、维修、保养成本低。二、感应加热新技术及新工艺在汽车制造领域中的应用由于感应加热技术具有上述诸多优点，在现代汽车制造中广泛用

5、于铸造加工中的黑色金属及各种有色金属的熔炼，压力加工中的毛坯透热，零件热处理中的淬火、回火、正火及退火，焊接加工中的焊前预热、焊后的焊缝去应力退火、有色金属的钎焊，部件装配过程中过盈配合零件的热装配、金属制件与塑料件的热合成，粘接涂胶过程中的感应加热烘干及固化，以及表面防护中的非金属粉末热涂覆等。1.隧道式感应加热炉的应用在汽车零部件铸件的生产过程中，由美国AjaxTOCCO、InductothermGroup、德国INDUGA等世界着名感应加热设备制造商所提供技术先进的隧道式感应加热炉已得到大量应用。隧道式感应加热炉是用于金

6、属熔炼效率最高的电炉之一，在世界先进的有色及黑色金属铸造厂都可以见到。与螺线管形式感应器的无芯感应加热炉相比，它采用了一种隧道形式的带有铁芯的感应器，其工作原理就如同一个变压器，该隧道式感应器就是变压器的初级线圈，坩埚内的熔融金属就是变压器的次级线圈。由于感应器与熔融金属的耦合较紧，加热过程中功率因数很高，电能的利用率也非常高，可实现节约能源的目标；另外，由于电磁搅拌的作用效果非常好，熔融金属的成分均匀性也非常好，得到了用户的高度认可。除用于普通的铸造生产还可用于压力铸造的在线生产。隧道式保温炉示意图2.金属半固态成形中感应加

7、热技术的应用随着全球性能源危机，汽车轻量化显得尤为重要，在汽车制造中铝合金及一些轻合金的应用越来越多。为了提高这些轻金属的强度，对铝制零件的内在质量要求也越来越高，一种能够改善金属内部组织结构的半固态成形技术得到了广泛的应用。美国的INDUCTOHEAT、AMERITHERM、ELECTROHEAT、BONEFRONTIER等公司介绍了感应加热半固态成形技术。半固态成形的概念就是首先将制备好的坯料加热到较低熔点的温度，此时的组织状态是细小球状颗粒和液态的混合相，然后这种半固态的液体注入到成型的模腔中成形，在结晶过程中每个细小的

8、球状颗粒都可以作为一个晶核长大完成结晶过程，其最终的组织结构是细密均匀的球状组织，与传统铸造的树枝状结晶组织有很大区别。之所以能够得到球状组织，在加热过程中需要利用搅拌的手段，使半熔融金属中的固态颗粒进行球化，且在液态中分布均匀。而用感应加热方式即将金属加热到所需的温度，另外