第九章 感应加热设备及其他表面热处理设备

1、第九章第九章 感应加热设备及其他表面热感应加热设备及其他表面热处理设备处理设备 91 91 感应热处理的基本原理感应热处理的基本原理感应加热可用于淬火、回火、正火调质、透热等。感应加热可用于淬火、回火、正火调质、透热等。感应加热基本原理如图所示。当感应器感应加热基本原理如图所示。当感应器( (施感导体施感导体) )通过交变电流时，在其周通过交变电流时，在其周围产生交变磁场，将工件放入交变磁场中，按电磁感应定律，工件内将产生围产生交变磁场，将工件放入交变磁场中，按电磁感应定律，工件内将产生感应电动势和感应电流，感应电流做功，将工件加热。感应电动势和感应电流，感应电流做功，将工件加热。一、感应电动

2、势的瞬时值为一、感应电动势的瞬时值为二、中高频电流特点二、中高频电流特点 1 1集肤效应集肤效应 由于工件内存在着电动势从而产生闭合电流称之为涡流。涡流的分由于工件内存在着电动势从而产生闭合电流称之为涡流。涡流的分布是不均匀的由工件表面向心部呈指数规律衰减距离表面为布是不均匀的由工件表面向心部呈指数规律衰减距离表面为x x处的强度处的强度为为 当交流电流通过导体时在导体表面电流最大越向内部电流密度越小的当交流电流通过导体时在导体表面电流最大越向内部电流密度越小的现象称为集肤效应。当电流频率越高，集肤效应越显著。现象称为集肤效应。当电流频率越高，集肤效应越显著。2 2、邻近效应、邻近效应 电流瞬

3、时方向相反时，则最大电流密度就出现在两导体相邻的一面；电流瞬时方向相反时，则最大电流密度就出现在两导体相邻的一面； 当导体内电流的瞬时方向相同，则最大电流密度将出现在两导体相背的一面。当导体内电流的瞬时方向相同，则最大电流密度将出现在两导体相背的一面。 这种电流向一侧集中的现象叫邻近效应。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、导体间距越小，邻近效应越明显。导体内电流的频率越高、导体间距越小，邻近效应越明显。 3 3、圆环效应、圆环效应圆环效应:当交变电流通过环形导体时，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效应。圆环的曲率半

4、径越小，径向宽度越大，圆环效应也越显著。4 4、尖角效应、尖角效应尖角效应：当感应器与工件间的距离相同，但在工件尖角处的加热强度远较其它光滑部位强烈，往往会造成过热这种现象称为。尖角效应是由于磁力线易于集中在尖角处，感应涡流较大的缘故。 92 92 感应热处理设备的选择感应热处理设备的选择 一、感应热处理设备的分类及特点一、感应热处理设备的分类及特点按工作频率分为：高频、超音频、中频、工频感应加热设备；按工作频率分为：高频、超音频、中频、工频感应加热设备；按变频方式分为：电子管变频设备、机式变频设备、半导体按变频方式分为：电子管变频设备、机式变频设备、半导体( (可控硅可控硅) )变频变频设备

5、和工频设备；设备和工频设备； 二、感应加热设备频率的选择二、感应加热设备频率的选择 电流透入深度：根据集肤效应，当电流透入深度：根据集肤效应，当Ix降至降至I0的的1/e（e=2.718)处的电流深度。处的电流深度。 钢铁材料的热态电流透入深度比冷态的电流透入深度大几十倍。钢铁材料的热态电流透入深度比冷态的电流透入深度大几十倍。800900的电流透入深度：的电流透入深度： 电流透入深度越小，淬透层深电流透入深度越小，淬透层深x越小。越小。 加热设备频率加热设备频率f影响淬透层深。影响淬透层深。f越大，淬透层越大，淬透层x深越大。深越大。 f应有合适值。电流透入深度过小（应有合适值。电流透入深度

6、过小（f大），加热仅集中在表面，要靠热传大），加热仅集中在表面，要靠热传导传热以达到淬透层深导传热以达到淬透层深x，加热速度慢，效率低，过渡层大，但设备功率可，加热速度慢，效率低，过渡层大，但设备功率可小；电流透入深度过大（小；电流透入深度过大（f小），加热快，表面辐射损失小，过渡层浅，但小），加热快，表面辐射损失小，过渡层浅，但设备功率要大。设备功率要大。 合适的合适的f：三、感应加热设备功率确定三、感应加热设备功率确定93 93 感应器设计概要感应器设计概要 一、感应器结构尺寸的设计一、感应器结构尺寸的设计 感应器的设计需根据工件的形状、尺寸以及热处理技术要求确定。 一般由施感导体(感应圈

7、)和汇流板两部分组成。感应圈用壁厚1.01.5mm紫钢管制成,多为矩形内通冷却水。汇流板用厚23mm紫铜板制成一端焊在感应圈上，另一端接到变压器次级线圈上。 1、感应器与工件的间隙、感应器与工件的间隙 间隙小，则功率因数高，电流透人深度浅，加热速度快。 间隙过小，操作不方便，易产生短路，降低使用寿命。 间隙的大小还受到设备的功率和淬硬层深度的影响。设备功率大间隙应大，功率小间隙应小； 中频加热间隙应比高频大；连续加热，间隙应大，移动方便。 2感应器的高度感应器的高度 对于长轴件进行局部一次性加热时感应器的高度为 HL+(810) (mm)式中：L淬硬区的长度mm)。 对于短轴类零件进行局部一次

8、加热时感应器高度为 HL2a (mm)式中：a感应器与工件间隙(mm)。 若轴形零件淬硬区较长，可采用多圈感应器或移动连续加热。 4 4汇流板的尺寸汇流板的尺寸 汇流板的间距在1.53mm之间，为防止接触短路，中间塞人云母片或黄蜡布包扎好，其长度取决于工件形状、尺寸、夹具等具体条件，以小为宜。 三、导磁体和屏蔽作用三、导磁体和屏蔽作用加热圆筒形零件的内表面时磁力线集中在内侧，则降低了感应器的效率。为提高热效率，在感应器上设置导磁体，将中高频电流由感应器内侧驱赶到外侧，以加强邻近效应，改变加热区温度的分布，提高热效率。感应淬火多数都是局部淬火当需要加热的部位和不需要加热的部位靠得很近或存在尖角时，就会将不需淬火的部位淬硬或使尖角处变形开