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        感應加熱器原理

        發布時間:2019-01-04 瀏覽次數:1192

        感應加熱原理

        感應加熱表面淬火是利用電磁感應原理,在工件表面層產生密度很高的感應電流,迅速加熱至奧氏體狀態,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。


         

        為磁通變化率,其絕對值等于感應電勢。電流頻率越高,磁通變化率越大,使感應電勢P相應也就越大。式中的負號表示感應電勢的方向與

          
        的變化方向相反。


        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:
        式中Q——熱能,J;t——加熱時間,s。
        對鐵磁材料(如鋼鐵),渦流加熱產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生激烈的摩擦發熱,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。

        頻率選擇

        感應加熱頻率的選擇:根據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。

        經驗公式

        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)。

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