感應加熱表面熱處理是利用電磁感應的方法使被加熱的材料的內部產生電流，依靠這些渦流的能量達到加熱目的。感應加熱系統的基本組成包括感應線圈，交流電源和工件。根據加熱對象不同，可以把線圈製作成不同的形狀。線圈和電源相連，電源為線圈提供交變電流，流過線圈的交變電流產生一個通過工件的交變磁場，該磁場使工件產生渦流來加熱。
基本介紹
- 中文名：感應加熱表面熱處理
- 外文名：Induction heating surface heat treatment
- 原理：電磁感應
- 系統組成：感應線圈，交流電源和工件
- 電流：交變電流
- 領域：金屬表面處理工藝
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內容簡介
感應加熱是一種相當新的工藝，它之所以獲得套用，主要是由於它獨特的性能。當迅速變化的電流流過金屬工件時，便產生集膚效應，它使電流集中於工件表層，在金屬表層上產生一個選擇性很高的熱源。法拉弟發現了集膚效應的這個優點，發現了電磁感應這個值得注意的現象。他也是感應加熱的奠基者。感應加熱不要求外部熱源，而是利用受熱工件自身作為熱源，這個方法也不要求工件與能源即感應線圈接觸。其他的性能，包括可以根據頻率選擇不同的加熱深度，根據線圈耦合設計而得到精確的局部加熱，以及很高的功率密集度，或者說很高的功率密度。
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，隨後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。由於感應電流沿工件表面形成封閉迴路，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。渦流主要分布於工件表面，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。
套用
感應加熱表面淬火具有表面質量好，脆性小，淬火表面不易氧化脫碳，變形小等優點，所以感應加熱設備在金屬表面熱處理中得到了廣泛套用。
感應加熱設備
感應加熱設備是產生特定頻率感應電流，進行感應加熱及表面淬火處理的設備。
表面淬火
將工件放在用空心銅管繞成的感應器內，通入中頻或高頻交流電後，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800～1000度，心部仍接近室溫）後立即噴水冷卻（或浸油淬火），使工件表面層淬硬。
與普通加熱淬火比較感應加熱表面淬火具有以下優點：
1、加熱速度極快，可擴大A體轉變溫度範圍，縮短轉變時間。
2、淬火後工件表層可得到極細的隱晶馬氏體，硬度稍高（2～3HRC）。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，甚至有些工件處理後可直接裝配使用。
4、淬硬層深，易於控制操作，易於實現機械化，自動化。
加工設備
適於感應加熱的熱處理過程應充分利用這些特性，並按下列步驟設計出完整的設備。
首先，工藝要求必須與感應加熱的基本特性相符。本章將敘述工件中的電磁效應、合成電流的分布和吸收的功率。根據感應電流產生的加熱效應和溫度效應，以及在不同的頻率，不同的金屬和工件形狀下，溫度的分布狀況等這些知識，使用者和設計者，即可根據技術條件的要求決定其棄取。
第二，感應加熱的具體形式，必須按是否符合技術條件的要求而確定，還應廣泛掌握套用和發展情況，感應加熱主要的套用趨勢。
第三，感應加熱的適宜性和最好的使用方法確定之後，便可設計出感應器和供電系統。
感應加熱中的許多問題，與工程上的一些基本感性知識很相似，一般都是來源於實踐經驗。也可以這樣說，如果沒有對於感應器形狀、電源頻率和受熱金屬熱工性能的正確理解，就不可能設計出感應加熱器或系統。
感應加熱的作用，在不可見的磁場影響下，與火焰淬火是一樣的。例如，由高頻發生器產生的較高頻率（200000赫以上），一般能產生劇烈、快速和局部性的熱源，相當於小而集中的高溫氣體火焰的作用。反之，中頻（1000赫及10000赫）的加熱效果，比較分散和緩慢，熱量穿透較深，與比較大的和開闊的氣體火焰相似。
技術發展
現代感應加熱電源正朝著大功率，高頻化方向發展。這對現代電力電子器件來說是一個相當大的挑戰。傳統的方法是採用器件串並聯的方式，但這存在器件之間均流均壓閒難的問題，特別是當器件串並聯很多時，則需要保證精確的同步信號，以避免器件之間的環流損壞電力電子器件。但在很多情況下這很難精確保證。特別是當串並聯器件較多功率等級很大時，它的優良特性可有效地減少逆變橋並聯之間的環流，通過參數設計可以均衡各橋的功率分配，降低器件的損耗，從而有效地解決了逆變橋並聯中出現的一些問題，有利於感應加熱電源多橋並聯，提高輸出功率和可靠性。
LLC諧振負載最大的優點是有利於感應加熱中的多機並聯，它不需要在逆變器之間附加任何元件，即使各橋的信號延時角度很大也能保證系統止常工作，抑制各橋之間的環流，調節各逆變器的輸出功率。
隨著感應熱處理生產線自動化控制程度及電源高可靠性要求的提高，必須加強加熱工藝成套裝置的開發。同時感應加熱系統正向智慧型化控制方向發展，具有計算機智慧型接口、遠程控制和故障自動診斷，小型化，適合野外作業，高效節能等控制性能的感應加熱電源系統正成為未來的發展目標。
