热处理设备（四）.ppt

热处理原理、工艺及设备Principles, Technology and Equipments for Heat Treatment 第三部分 热处理设备（4） Equipments for Heat Treatment §14 感应加热设备 随着科学技术的发展，表面热处理技术得到了广泛的应用。表面热处理可以提高产品质量，缩短生产周期和改善劳动条件，提高生产组织水平。目前应用最广泛的表面热处理是感应热处理，它可应用于淬火、回火、正火、调质、透热等，适用于机械化大生产，可通过计算机控制实现无人操作。 §14.1 感应加热概述 一、感应加热的基本原理 感应加热的物理基础 §14.1 感应加热概述 集肤效应：涡流在工件表面最大，由表面向心部呈指数规律衰减的现象。 感应电动势的瞬时值：e＝-d?/dt (V) 式中：d?/dt表示磁通?对时间的变化率，负号表示感应电动势方向与d?/dt方向相反。 电流透入深度：工程上规定，当涡流强度从表面向内层降低到其数值等于表面最大涡流强度的0.368倍时，该处到表面的距离称为电流透入深度。 对于碳钢：δ=500·f -1/2 (mm) f－电流频率 §14.1 感应加热概述 感应加热的物理过程 感应加热开始时，工件处于室温，电流透入深度很小，仅在此薄层内进行加热。但温度超过A2点后，表面由铁磁性变为顺磁性，表面电流密度下降，而在紧靠顺磁体层的铁磁体处，电流密度剧增，此处迅速被加热，温度也很快升高。由此，工件截面内最大密度的涡流由表面向心部逐渐推移，同时自表面向心部依次加热。这种加热方式称为透入式加热。与此同时，由于热传导的作用，热量向工件内部传递，加热层厚度增厚，这时工件内部的加热和普通加热相同，称为传导式加热。 §14.1 感应加热概述 透入式加热较传导式加热有如下特点 表面的温度超过A2点以后，最大密度的涡流流向内层，表层加热速度开始变慢，不易过热，而传导式加热随着加热时间的延长，表面继续加热容易过热； 加热迅速，热损失小，热效率高； 热量分布较陡，淬火后过渡层较窄，使表面压应力提高。 §14.1 感应加热概述 二、感应加热设备的分类 工频应加热设备 f＝50Hz δ10mm，适用于大型工件（如冷轧辊） 中频感应加热设备 f＝500~10000Hz δ≈5mm，适用于中小型工件 高频感应加热设备 f＝100~300kHz δ 3mm，适用于大多数工件表面淬火 §14.1 感应加热概述 §14.1 感应加热概述 三、中高频电流的特点 1、集肤效应 定义：当交变电流通过施感导体时，导体的表面的电流密度最大，越向导体内部电流密度越小，这种现象称集肤效应(或称表面效应)。 电流的频率越高，集肤效应越显著。 §14.1 感应加热概述 涡流由表面向心部衰减规律（指数规律） I0－表面涡流强度 c－光速 ρ－工件材料的电阻率 u－工件材料的导磁率 x－距工件表面的距离 f－交流电频率 §14.1 感应加热概述 当f 很高时，电流大部分集中在导体表面，心部已无电流，这样导致导体的有效电阻增加，导体发热显著增加。 因此，感应器的施感导体常采用空心的铜管制成，管内通水冷却，以降低施感导体温度。 §14.1 感应加热概述 2、临近效应 定义：当两个载有高频电流的导体彼此相距很近时，每个导体内的电流将重新分布。如果两个导体中电流方向相同，则最大电流密度将出现在两导体相背的一面，如果两个导体中电流方向相反，则最大电流密度将出现在两导体相邻的一面。这种电流向一侧集中的现象叫临近效应。 导体内电流的频率越高，邻近效应越明显。 §14.1 感应加热概述 §14.1 感应加热概述 3、圆环效应 定义：当高频电流流过环形导体时，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。 圆环的曲率半径越小，径向宽度越大，圆环效应也越明显； 电流的频率越大，圆环效应也越显著。 §14.1 感应加热概述 当加热圆柱体的外表面时，圆环效应与邻近效应一致，感应器中的电流与工件表面靠近。但是对于加热内孔的感应器来说，圆环效应与临近效应不一致，圆环效应使电流在感应器施感导体内侧流过，因而电流距内孔表面较远，邻近效应减弱，使加热效率降低。 §14.1 感应加热概述 4、尖角效应 定义：当用感应器加热不规则形状工件表面时，工件的尖角部位的加热强度远较其它光滑平坦部位强烈，往往会造成过热(例如，齿轮的齿顶部位)，这种现象称做尖角效应。 尖角效应是由于磁力线易于在尖角处集中，感应涡流较强的缘故。 为了克服这一现象