双频感应加热技术介绍
由于趋肤效应的存在,使得在工件热处理中很难通过单一频率对类似于齿轮这样表面凹凸工件进行均匀加热。如果采用中频进行加热,感应电流透入深度会很大,齿轮上产生的感应电流只通过齿底,不通过齿顶,齿底比齿顶升温快,从而导致齿底硬化良好而齿顶硬化不足;而如果采用高频加热,由于感应电流透入深度较小,只能对齿轮的齿顶进行加热,齿底比齿顶升温慢,从而导致齿顶硬化良好而齿底硬化不足。
单一频率加热齿轮受热不均匀,易产生较大变形或裂纹,合格率低。
图3 齿轮单一频率加热效果左(中频)右(高频)
因此单一频率加热,无论采用高频还是中频都很难得到理想的加热效果。如果可以将高频和中频结合起来对齿轮加热,就可以很好地解决该问题,双频感应加热在这种情况下便具有了独特的优势。双频感应加热采用高频加热齿顶,中频加热齿根来达到对齿轮类工件表面均匀加热的目的。使用双频加热时齿轮加热效果如图4所示,这时齿顶和齿根都能得到有效硬化,得到较好的仿形淬硬层。
不言而喻,金属坯料锻造之前必须对坯料加热。凡是能使金属温度升高的至锻造工艺要求的热源都可以利用,高频热处理,但选择加热设备仍需考略能源的经济性,加热设备建造的投入成本,加热温度控制的可能性、稳定性,以满足环保所提出的要求。
2.2 感应加热介绍
感应加热多数用于工业金属零件表面淬火、金属熔炼、棒料透热、刀具焊接等多个领域,是使工件内部产生一定的感应电流,形成涡流,高频热处理炉,迅速加热零件表面,达到表面迅速加热,甚至透热融化的效果。
图2 感应加热
1)感应加热可以使金属物体瞬间被加热到所需的温度;
2)感应加热不需要象其它加热方式那样,先产生高温后再去加热金属物体,它可以在金属物中直接产生高温;
3)感应加热不但可以使金属物体整体加热,也可以选择性地对每个部位进行局部加热;
4)感应加热是一种加热方式的革命,同样是电能加热,它却可以比电炉、电烘箱等节电百分之四十。
感加加热应由于趋肤效应使得在工件中的感应电流分布不均,从而引起工件中每一部分的发热量不均,靠近表面得大量电能转换为热能,而内部电流小,发热也很小,高频热处理(淬火),内部的温度上升主要是靠外表面能量以传导的方式进去的,因此若感应加热的功率很大,超高频热处理,加热时间很短,传导方式根本来不及传导到工件内部,焊接等工艺中有严格的表面加热要求,加热时间很短,有时候工件表面的温度很高了,已经烧红了,甚至融化了,而内部仍然是低温。
感应加热涉及的行业和产品
感应加热电源具有清洁、节能及易于实现自动化等特点。感应加热技术的革新与发展符合我国对产业转型升级的要求,与建立低碳、绿色节能社会的目标相一致。2011年,感应加热电源《节能机电设备(产品)推荐目录》;中国热协也制定了热处理行业清洁生产先进技术推广示范工作计划,开展“重点节能技术推广工程”和“清洁生产先进技术示范工程”,感应加热技术及其产品也在列。
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