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感应加热器原理

发布时间:2019-01-04 浏览次数:141

感应加热原理

感应加热表面淬火是利用电磁感应原理,在工件表面层产生密度很高的感应电流,迅速加热至奥氏体状态,随后快速冷却得到马氏体组织的淬火方法。


当感应圈中通过一定频率的交流电时,在其内外将产生与电流变化频率相同的交变磁场。金属工件放入感应圈内,在磁场作用下,工件内就会产生与感应圈频率相同而方向相反的感应电流。


由于感应电流沿工件表面形成封闭回路,通常称为涡流。此涡流将电能变成热能,将工件的表面迅速加热。涡流主要分布于工件表面,工件内部几乎没有电流通过,这种现象称为表面效应或集肤效应。


感应加热就是利用集肤效应,依靠电流热效应把工件表面迅速加热到淬火温度的。感应圈用紫铜管制做,内通冷却水。当工件表面在感应圈内加热到一定温度时,立即喷水冷却,使表面层获得马氏体组织。


感应电动势的瞬时值为:

式中:e——瞬时电势,V;Φ——零件上感应电流回路所包围面积的总磁通,Wb,其数值随感应器中的电流强度和零件材料的磁导率的增加而增大,并与零件和感应器之问的间隙有关。


 

为磁通变化率,其绝对值等于感应电势。电流频率越高,磁通变化率越大,使感应电势P相应也就越大。式中的负号表示感应电势的方向与

  
的变化方向相反。


零件中感应出来的涡流的方向,在每一瞬时和感应器中的电流方向相反,涡流强度取决于感应电势及零件内涡流回路的电抗,

可表示为:

式中,I——涡流电流强度,A;Z——自感电抗,Ω;R——零件电阻,Ω;X——阻抗,Ω。
由于Z值很小,所以I值很大。
零件加热的热量为:
式中Q——热能,J;t——加热时间,s。
对铁磁材料(如钢铁),涡流加热产生的热效应可使零件温度迅速提高。钢铁零件是硬磁材料,它具有很大的剩磁,在交变磁场中,零件的磁极方向随感应器磁场方向的改变而改变。在交变磁场的作用下,磁分子因磁场方向的迅速改变将发生激烈的摩擦发热,因而也对零件加热起一定作用,这就是磁滞热效应。这部分热量比涡流加热的热效应小得多。钢铁零件磁滞热效应只有在磁性转变点A2(768℃)以下存在,在A2以上,钢铁零件失去磁性,因此,对钢铁零件而言,在A2点以下,加热速度比在A2点以上时快。

频率选择

感应加热频率的选择:根据热处理及加热深度的要求选择频率,频率越高加热的深度越浅。
高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加热,如小模数齿轮及中小轴类零件等。
中频(1~10KHZ)加热深度为2-10mm,一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热。
工频(50HZ)加热淬硬层深度为10-20mm,一般用于较大尺寸零件的透热,大直径零件(直径300mm以上,如轧辊等)的表面淬火

经验公式

感应加热淬火表层淬硬层的深度,取决于加热的厚度,而加热的厚度又取决于交流电的频率,一般是频率高加热深度浅,淬硬层深度也就浅。频率f与加热深度δ的关系,有如下公式:
式中:f为频率,单位为Hz;δ为加热深度,单位为毫米(mm)。

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