感应加热淬火

8

感应加热淬火自动化程度高，可实现全自动无人操作选用 自动上料和自动出料分检装置，再配上我公司的专用控制 软件，可实现全自动无人操作。 感应加热淬火的突出特点： 1、采用IGBT为主器件、全桥逆变。 2、100%负载持续率设计，可连续工作。 3、保护功能完善，可靠性高。 4、可远控和配接红外测温，实现温度的自动控制，提高加 热质量和简化工人操作。 5、取代氧炔焰、焦碳炉、盐浴炉、煤气炉、油炉等加热方 式。 6、采用频率自动跟踪及多路闭环控制 7、安装简单，操作 方便。
9





我国20世纪50年代首先在汽车工业中开始使用感应热 处理技术与装备。进入80年代以来，特别是近20年来 随着汽车工业的迅速发展，我国采用感应热处理零件 的种类和品种不断增加。以商用车为例，感应淬火零 件数量达到100多种，占全部热处理零件数量的70%左 右，我国感应热处理技术水平已接近或达到国际先进 水平。 目前，大功率电源在国内已经实现工业化生产，质量 稳定，价格仅为进口电源的1/3～1/2，国产淬火用SCR 电源可以做到2000kW；新型IGBT电源工作频率范围宽， 负载适应性强，电效率高，工艺调整非常方便，频率 范围覆盖1～100kHz，功率达到1000kW，可以取代进口， 并已实现部分出口。
感应加热淬火也是行业内常说 的感应加热装置，它是将 50HZ 三相工频电能转换成单 相 4KHZ 中频电能的一种转换 装置。由金属自身的自由电子 在有电阻的金属体里流动产生 热量。可与淬火变压器或其它 感应器配套使用对上 述金属 的工件进行加热、焊接、烧结 和各种热处理。也可与中频无 芯感应熔炼炉配套 使用可以 用来熔炼普通炭素钢、合金钢、 铸铁及有色金属等。
15


为了适应多品种的批量生产，在汽车零部件生产应用中，我 国引进及国内研发的感应淬火机床种类，由传统的专用设备 逐步向柔性化程度较高的通用设备和专用淬火自动生产线发 展，并且采用了CNC数控技术，应用了FANUC、SIEMENS等控制 系统。一汽和东风汽车公司研制成功了多台套大型的感应淬 火成套设备（生产线），达到了国际先进水平。
6



钢棒生产线具有张力检测与控制装置，使钢棒在恒定的微张力条件 下进行加热处理，由于温度对不起产品质量具有十分明显的影响， 本生产线采用高精度非接触红外线测温仪，并具有淬火及回火温度 闭环控制自动调节功能，确保了产品质量的稳定性。 感应加热淬火组成结构 一、电源部分 频率在超音频频段（20－30）KHZ之间加热电源可用全固态 IGBT超 音频感应加热电源，全固态电源由于其设备占地小节水性能好，整 机效率高，输出电压安全系数高等诸多优点。 二、机械部分



机械控制采用可编程序控制器（PLC）控制，控制度高，动作准确， 加热方式采用旋转行进增加了杆身温度的均匀性。
7





感应加热淬火显著优点： 1、与传统加热手段相比较（油、煤、气），具有环保、节 能、操作方便、劳动强度低的显著优点； 2、与可控硅中频相比较节能 10%~30%，对电网没有谐波干 扰； 3、与电阻炉相比较节能50%~60%； 4、对客户产品具有加热快、受热均匀、无氧化层、产品质 量好等优点； 5、感应器由变压器隔离，非常安全。 6、环保：没有污染、噪声和粉尘。 7、适应性强：能加热各种形状不同的工件。 8、设备占地小，不足两平方米，方便客户最大限度利用生 产空间。
10

感应加热淬火具有稳定，可靠和节能环保的优点，保 证了流水作业的铸造锻造及热处理生产线工作的正常 运行，节能了企业工作生产的投资。总体而言，我国 感应热处理技术水平和先进国家相比，还存在一定的 差距，例如在淬火机床的数控技术、计算机技术及精 密机械传动技术的应用；在电源方面的高质量、高可 靠性的功率元件的开发；精密感应器的制造技术等。 随着感应热处理生产线自动化控制程度及电源高可靠 性要求的提高，必须加强加热工艺成套装置的开发。 同时感应加热系统正向智能化控制方向发展，具有计 算机智能接口、远程控制和故障自动诊断等控制性能 的感应加热电源系统正成为下一代的发展目标。
20



●串联型电源的特点：二极管整流；直流滤波电容为逆变负 载提供直流电源；逆变负载为串联型结构；谐振工作状态时 阻抗为最小值；如IGBT 在串联结构中的应用，可简化主回路， 设备整体效率出色，使电源抗短路开路能力增强。 感应加热电源的应用日趋广泛，近十几年来得到迅猛发 展。其功率和频率越来越高，控制技术不断数字化，系统可 靠性也在不断提高，而电源装置的内部也趋向于紧凑化和模 块化结构。现在SCR 、IGBT、MOSFET全固态晶体管电源已达 几十种，产品规格齐全，体积小，电能转换效率可达92%，功 率、频率可以覆盖整个感应加热的领域。 近年来还发展了气体保护状态下，用感应加热机械工件 表面沉积新材料和感应堆焊。感应加热技术包含了材料、金 属热处理、机械、电气、电磁、电子、计算机应用等多个学 科，是一项多学科综合应用技术。
18




由于电源设备的频率不能任意调节，电流频率的透入深度不能 根据硬化层深度的要求来随意选择。为了保证得到所要求的硬 化层深度，在频率一定的条件下，就形成了透入式加热和传导 式加热。频率的选择一般以前者考虑。 当所要求的硬化层深度大于现有电源设备频率所能达到的电流 透入深度时，在保证表面不过热的前提下，通常采取如下方法： ●降低工件单位表面的输入功率，延长加热时间。在加热大规 格芯棒时，操作工就往往减少芯棒的输送速度，以此延长加热 时间。 ●增大工件与感应器间的间隙，延长加热时间，或在同时加热 时采用间断加热法，以增加热传导时间。这种间断加热方式在 现场的手动加热中也时有发生。
19




●工件在感应加热前，在感应器中进行预热，如加厚机感 应炉的应用。 ●连续加热时，采用双匝或多匝感应器。钻杆焊缝热处理 线正火和回火中频电源使用多匝感应线圈连续加热。 负载并联谐振和串联谐振电源的特点 中频和高频感应加热电源使用到了负载并联谐振和串联谐 振两种谐振模式，现国内外顶尖电源技术都已应用在宝钢 各生产线上了。 通过应用比较可知： ●并联型电源的特点：可控整流；平波电抗器为负载提供 直流电源；逆变负载为并联型结构；谐振工作状态时等效 阻抗达到最大值。

一汽技术中心开发的卧式数控淬火机床，由主驱动交流伺服 电动机拖动，移动速度稳定均匀，定位准确，重复精度高； 零件旋转采用变频调速系统，能够适应多方面工艺要求；采 用能量和数控技术对不同性能要求零件感应淬火，甚至在同 一零件上实现多段变功变速，编程容易，可操作性强。
16

全自动曲轴淬火成套设备，采用功率分配、薄型淬火变压器、 独立悬挂、缓冲进给、旋转准停等新技术，具有设备监控、 故障诊断、参数记录及零件返修等功能。另外还设计了模拟 控制面板，操作者可以通过鼠标或键盘控制机床动作。该设 备根据需要同时悬挂三套以上的薄型变压器—感应器单元， 工作过程中不需要更换感应器。工作时只要将曲轴放在机床 上料位，设备即可自动完成全部淬火加工，不需要人工操作。 目前，大功率电源在国内已经实现工业化生产，质量稳定， 价格仅为进口电源的1/3～1/2，国产淬火用SCR电源可以做到 2000kW；新型IGBT电源工作频率范围宽，负载适应性强，电 效率高，工艺调整非常方便，频率范围覆盖1～100kHz，功率 达到1000kW，可以取代进口，并已实现部分出口。
17



要获得良好的感应加热效果，需要制定正确的工艺。结果 成功与否，取决于电流频率、单位表面功率及输入功率、 加热温度、加热速度、加热方法、感应器结构及尺寸等工 艺参数的选择，缺一不可。 为提高感应加热的效率，减少漏磁损失，感应器与工 件表面的间隙要尽量减小，所以加厚机热处理和芯棒热处 理等应用会有不同规格感应炉的情况。对于维护过程中需 要提醒的是感应器除了要水冷外，需要有足够的机械强度 和使用寿命，因为中频电源感应器和工件之间有电磁力的 作用，电流越大，电磁力越大。例如，平面加热时，感应 器与工件间会产生一个推力，镶嵌导磁体后其之间将产生 一个吸力，如感应器强度不够，可能引起感应器变形或损 坏。这种情况曾在HFW焊管线中频线圈上得以体现，其部分 导磁体会有脱落现象，有时线圈会产生直度变形。
感应加热淬火
目 录
第一章： 第一章：请在此处输入您的标 感应加热淬火简介 题
Contents
第二章： 第二章：请在此处输入您的标 感应加热淬火技术 题
第三章： 第三章：请在此处输入您的标 感应加热淬火案例 题
2
感应加热淬火简述
Click here to add your title
3
感应加热淬火简介
12
感应加热淬火技术
Click here to add your title
13

感应加热工艺是感应加热技术水平的主要体现，先进的感应加 热技术可以有效发挥感应加热的特点，实现高效、节能的局部 热处理。目前汽车零件感应淬火用材料较多，包括 35 钢、 45 钢、 40Cr、55MnVS、40MnB、42CrMo、ZG45、球墨铸铁及合金铸铁等。 所采用加热淬火方式及应用众多，例如销轴及凸轮轴横向磁场 静止一次加热淬火；减振器杆、扭杆和变速差轴等横向磁场连 续加热淬火；起动机轴及空压机轴等横向磁场多段连续加热淬 火；半轴等纵向磁场整体一次加热淬火；输出法兰内孔及钟型 壳内腔的一次及连续加热淬火；转向齿条感应接触加热淬火； 阶梯轴类转向节及轿车后轮毂轴的旋转加热淬火；平面类钢板 弹簧横向限位板的一次及连续加热淬火；薄壁类滑动轴叉及前 轮毂的一次及连续加热淬火；复杂形状钟形壳变截面轴的一次 加热淬火等。
14

在汽车齿轮感应热处理方面，基于生产效率的考虑和汽车齿轮零件 的特点，我国主要采用整体感应加热淬火工艺，即单频加热淬火和 双频加热淬火。汽车齿轮感应淬火应用最普遍的是发动机飞轮齿圈。 东风汽车公司已经在一些变速器齿轮实现感应淬火，用价格便宜的 中碳合金钢代替价格高的渗碳齿轮钢，取得了良好的经济效益。 现在，最具先进与代表性的德国eldec的SDF同步双频感应加热 设备与工艺，是具有节能、降耗和绿色生产的表面热处理设备与工 艺，并可以获得最小的热处理变形及沿齿廓均匀分布的硬化层，从 而达到最佳的热处理质量。目前已广泛应用于汽车（如汽车CV接头、 驱动轴、转向器装置、螺旋伞齿轮及从动行星轮等）及航空工业领 域类似齿轮等复杂表面工件的热处理，在德国宝马汽车、大众汽车 及美国波音飞机制造公司等也得到应用。该项工艺与装备将成为感 应加热淬火的趋势之一。图6为eldec公司模块化感应加热淬火设备。
4

感应加热淬火与电阻加热、燃油加热、燃气加热相 比较，具有高效、节能、环保、安全、加热速度快、 可控性强等优势，可广泛应用于金属热处理、透热、 熔炼、焊接等方面，并已渗透到工业冶金、机械制 造、石油、化工、电子、交通、通信以及民用、商 用电磁感应加热等各个领域。该感应加热装置采用 了IGBT作为功率器件，DSP全数字式精确控制，在任 何情况下保证了IGBT工作在ZCS开关状态。其数字锁 相环技术，自动跟踪谐振频率，保证了产品的最优 效率。
5

特殊水冷系统降低了功耗，完善的保护措施保证设备 在各种情况下安全连续运行。同时，采用多丝扭绞电 缆做感应加热电源与感应加热器之间的电气连接线， 降低了线路的交流损耗。 感应加热装置的效率比火焰炉高60%以上，比电阻炉高 50% 以上，比其他采用可控硅控制的感应加热装置高 30%以上，具有明显的节能效果，市场前景广阔。 感应加热淬火采用理性化人机界面，PLC、工控机全自 动控制，达到国内同行业领先水平，并得到煤矿设备 专管部门的好评、推广。
11
用于普通工件的感应加热电源控制系统示意图
高压桥
TA 656VAC
S300
低压桥
低压桥起动条件
逆变器
来自S300
负载电路
全控
来自S300
半控
IMF
来自S300
S300 S300MF
U
P.L.C.CABUET PROFIBUS
AL300
P2 JP24 JP23 J22
Biblioteka Baidu
TF300
P1
S300A
J8 J7 J6 J5 J4 J3 J2 J1