感应加热设备概述.ppt

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1、热处理原理、工艺及设备PRINCIPLES,TECHNOLOGYANDEQUIPMENTSFORHEATTREATMENT第三部分热处理设备（4）EquipmentsforHeatTreatment§14感应加热设备随着科学技术的发展，表面热处理技术得到了广泛的应用。表面热处理可以提高产品质量，缩短生产周期和改善劳动条件，提高生产组织水平。目前应用最广泛的表面热处理是感应热处理，它可应用于淬火、回火、正火、调质、透热等，适用于机械化大生产，可通过计算机控制实现无人操作。感应加热示意图感应加热示意图激光加热表面淬火§14感应加热设备优点：工艺简单，工件畸变小、

2、氧化脱碳少，生产效率高，节能，环境污染少，可以实现局部、快速处理，工艺过程容易实现机械化和自动化。特点：零件加热不依靠外部热源（如传导、对流、辐射），而是交流电源通过感应器对零件表面产生交变电流，工件表面形成闭合回路，依靠金属本身电阻来实现加热。热能来源：涡流热效应（主要热源）和磁滞热效应。§14感应加热设备组成感应加热电源淬火机床感应器设备冷却和淬火冷却介质循环系统分类装置频率：超高频、高频、超音频、中频、工频变频方式：电子管变频、机式变频、晶体管变频、固体电路逆变及工频加热装置§14.1感应加热概述一、感应加热的基本原理感应加热的物理基础将工件放在感应器

3、中，当感应器中通过交变电流时，在其内部产生交变磁场，由交变磁场激发的感应电势将在工件的表面产生感应电流，这种电流又称涡流。因为工件材料的电阻很小，所以不大的感应电势便造成强度很大的涡流，从而释放出大量的焦耳热，使工件表面层温度迅速升高。§14.1感应加热概述趋肤效应（集肤效应）：涡流在工件表面最大，由表面向心部呈指数规律衰减的现象。感应电动势的瞬时值：e=-dø/dt(V)式中：dø/dt表示磁通量ø对时间的变化率，负号表示感应电动势方向与dø/dt方向相反。电流透入深度：工程上规定，当涡流强度从表面向内层降低到其数值等于表面最大涡流强度的0.368倍时，该

4、处到表面的距离称为电流透入深度。对于碳钢：δ=500·f-1/2(mm)f－电流频率§14.1感应加热概述感应加热的物理过程感应加热开始时，工件处于室温，电流透入深度很小，仅在一薄层内进行加热。当电流透入深度大于淬硬层深度后，表面由铁磁性变为顺磁性，表面电流密度下降，而在紧靠顺磁体层的铁磁体处，电流密度剧增，此处迅速被加热，温度也很快升高。由此，工件截面内最大密度的涡流由表面向心部逐渐推移，同时自表面向心部依次加热。这种加热方式称为透入式加热。与此同时，由于热传导的作用，热量向工件内部传递，加热层厚度增厚，这时工件内部的加热和普通加热相同，称为传导式加热。§

5、14.1感应加热概述透入式加热较传导式加热有如下特点电流透入深度大于淬硬层深度后，最大密度的涡流流向内层，表层加热速度开始变慢，不易过热，而传导式加热随着加热时间的延长，表面继续加热容易过热；加热迅速，热损失小，热效率高；热量分布较陡，淬火后过渡层较窄，使表面压应力提高。§14.1感应加热概述二、感应加热设备的分类工频感应加热设备中频感应加热设备高频感应加热设备§14.1感应加热概述§14.1感应加热概述三、中高频电流的特点1、趋肤效应定义：当交变电流通过施感导体时，导体的表面的电流密度最大，越向导体内部电流密度越小，这种现象称趋肤效应（或称表面效应)。电流

6、的频率越高，集肤效应越显著。§14.1感应加热概述涡流由表面向心部衰减规律（指数规律）I0－表面涡流强度c－光速ρ－工件材料的电阻率μ－工件材料的导磁率x－距工件表面的距离f－交流电频率§14.1感应加热概述当f很高时，电流大部分集中在导体表面，心部已无电流，这样导致导体的有效电阻增加，导体发热显著增加。因此，感应器的施感导体常采用空心的铜管制成，管内通水冷却，以降低施感导体温度。§14.1感应加热概述2、邻近效应定义：当两个载有高频电流的导体彼此相距很近时，每个导体内的电流将重新分布。如果两个导体中电流方向相同，则最大电流密度将出现在两导体相背的一面，如果

7、两个导体中电流方向相反，则最大电流密度将出现在两导体相邻的一面。这种电流向一侧集中的现象叫邻近效应。导体内电流的频率越高，邻近效应越明显。§14.1感应加热概述在感应器的导电管之间，如多匝感应器的匝与匝之间存在邻近效应，感应器与加热工件之间也存在邻近效应，在感应器的设计中，巧妙利用邻近效应可提高感应器的效率。§14.1感应加热概述3、圆环效应定义：当高频电流流过环形导体时，电流在导体横截面上的分布将发生变化，此时电流仅仅集中在圆环的内侧，这种现象叫圆环效应。圆环的曲率半径越小，径向宽度越大，圆环效应也越明显；电流的频率越大，圆环效应也越显著。圆环效应有利于感

8、应器对外圆柱零件的表面感应加热，但不利于对工件内孔进