一、感應(yīng)加熱的原理及特色

　　1. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象

　　電磁感應(yīng)現(xiàn)象是指放在改變磁通量中的導(dǎo)體，會發(fā)生電動勢。此電動勢稱為感應(yīng)電動勢或感生電動勢，若將此導(dǎo)體閉組成一回路，則該電動勢會唆使電子活動，形成感應(yīng)電流(見圖1)。

　　電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，乃是電磁學(xué)范疇中zui偉大的成就之一。它不僅揭示了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系，而且為電與磁之間的彼此轉(zhuǎn)化奠定了實(shí)驗(yàn)根底，為人類獲取巨大而廉價的電能拓荒了道路，在有用上有重大意義。

　　電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著一場重大的工業(yè)和技能革命的到來。事實(shí)證明，電磁感應(yīng)是發(fā)電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、變壓器和大部分其他電力設(shè)備操作的根底，在電工、電子技能、電氣化、自動化和工業(yè)加熱方面的廣泛運(yùn)用，對推進(jìn)社會出產(chǎn)力和科學(xué)技能的開展起到了重要的作用。

　　2. 感應(yīng)加熱原理

　　感應(yīng)加熱技能運(yùn)用的便是變壓器的作業(yè)原理，在感應(yīng)器(變壓器的初級線圈)中通入交變電流后，在其周圍會發(fā)生交變磁場，放置在其附近的金屬工件(變壓器的短路次級線圈)在交變磁場的作用下，會發(fā)生電動勢，在該電動勢的唆使下使工件中的電子活動形成感應(yīng)電流(渦流見圖2)。在工件中電阻的作用下將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽构ぜ旧砑訜帷?/p>

　　3. 感應(yīng)加熱的長處

　　如上所述，感應(yīng)加熱是運(yùn)用在金屬中發(fā)生的感應(yīng)電流直接完結(jié)工件的加熱。該加熱辦法是一種非觸摸式加熱，其電熱轉(zhuǎn)化功率主要取決于金屬資料的磁導(dǎo)率和感應(yīng)器(變壓器的初級線圈)與工件(變壓器的次級線圈)的耦合程度，即金屬的磁導(dǎo)率越高，熱轉(zhuǎn)化功率越高，感應(yīng)器與工件的耦合越緊，熱轉(zhuǎn)化功率越高。

　　而一般的爐中加熱均需要有加熱源，經(jīng)過加熱源的輻射、熱量在加熱介質(zhì)中的對流，以及被加熱體的熱傳導(dǎo)三個進(jìn)程完結(jié)金屬工件的加熱，其加熱功率是加熱源的能量轉(zhuǎn)化功率、熱量的對流功率和熱量在被加熱體中的傳導(dǎo)功率的歸納功率。相比之下，感應(yīng)加熱具有如下長處：

　　(1) 沒有對流和傳導(dǎo)的加熱進(jìn)程，在工件的內(nèi)部直接加熱，加熱速度快。

　　(2)減少了工件在加熱進(jìn)程中的氧化和脫碳。

　　(3) 節(jié)約能源，不需要爐中加熱時所需的加熱爐的預(yù)熱和升溫，可隨時開始和中止加熱，在非作業(yè)周期不需要堅(jiān)持加熱爐的溫度。

　　(4)加熱時間短，出產(chǎn)功率高，有用地減少了工藝成本。

　　(5)可完結(jié)零件的部分加熱。

　　(6)設(shè)備的機(jī)械化、自動化程度高，占地面積少，可完結(jié)與自動化出產(chǎn)線的共線出產(chǎn)。

　　(7)作業(yè)環(huán)境清潔、安全、噪聲小，屬于環(huán)境友好型出產(chǎn)辦法。

　　(8)設(shè)備的故障率低，維護(hù)、維修、保養(yǎng)成本低。

　　二、感應(yīng)加熱新技能及新工藝在轎車制作范疇中的運(yùn)用

　　因?yàn)楦袘?yīng)加熱技能具有上述許多長處，在現(xiàn)代轎車制作中廣泛用于鑄造加工中的黑色金屬及各種有色金屬的熔煉，壓力加工中的毛坯透熱，零件熱處理中的淬火、回火、正火及退火，焊接加工中的焊前預(yù)熱、焊后的焊縫去應(yīng)力退火、有色金屬的釬焊，部件裝配進(jìn)程中過盈配合零件的熱裝配、金屬制件與塑料件的熱組成，粘接涂膠進(jìn)程中的感應(yīng)加熱烘干及固化，以及外表防護(hù)中的非金屬粉末熱涂覆等。

　　1. 地道式感應(yīng)加熱爐的運(yùn)用

　　在轎車零部件鑄件的出產(chǎn)進(jìn)程中，由美國Aj a xTOCCO、Inductotherm Group、德國INDUGA等國際出名感應(yīng)加熱設(shè)備制作商所供給技能先進(jìn)的地道式感應(yīng)加熱爐已得到很多運(yùn)用。

　　地道式感應(yīng)加熱爐(見圖3)是用于金屬熔煉功率zui高的電爐之一，在國際先進(jìn)的asp60高速鋼防銹好嗎有色及黑色金屬鑄造廠都可以見到。與螺線管辦法感應(yīng)器的無芯感應(yīng)加熱爐相比，它選用了一種地道辦法的帶有鐵芯的感應(yīng)器，其作業(yè)原理就如同一個變壓器，該地道式感應(yīng)器便是變壓器的初級線圈，坩堝內(nèi)的熔融金屬便是變壓器的次級線圈。

　　因?yàn)楦袘?yīng)器與熔融金屬的耦合較緊，加熱進(jìn)程中功率因數(shù)很高，電能的運(yùn)用率也非常高，可完結(jié)節(jié)約能源的方針;另外，因?yàn)殡姶虐韬偷淖饔米饔梅浅：?，熔融金屬的成分均勻性也非常好，得到了用戶的高度認(rèn)可。除用于一般的鑄造出產(chǎn)還可用于壓力鑄造的在線出產(chǎn)。

　　2. 金屬半固態(tài)成形中感應(yīng)加熱技能的運(yùn)用

　　跟著全球功能源危機(jī)，轎車輕量化顯得尤為重要，在轎車制作中鋁合金及一些輕合金的運(yùn)用越來越多。為了進(jìn)步這些輕金屬的強(qiáng)度，對鋁制零件的內(nèi)在質(zhì)量要求也越來越高，一種可以改善金屬內(nèi)部安排結(jié)構(gòu)的半固態(tài)成形技能得到了廣泛的運(yùn)用。

　　美國的INDUCTOHEAT、AMERITHERM、ELECTROHEAT、BONE FRONTIER等公司介紹了感應(yīng)加熱半固態(tài)成形技能(見圖4)。半固態(tài)成形的概念便是首要將制備好的坯料加熱到較低熔點(diǎn)的溫度，此時的安排狀況是細(xì)微球狀顆粒和液態(tài)的混合相，然后這種半固態(tài)的液體注入到成型的模腔中成形，在結(jié)晶進(jìn)程中每個細(xì)微的球狀顆粒都可以作為一個晶核長大完結(jié)結(jié)晶進(jìn)程，其zui終的安排結(jié)構(gòu)是細(xì)密均勻的球狀安排，與傳統(tǒng)鑄造的樹枝狀結(jié)晶安排有很大差異。

　　之所以可以得到球狀安排，在加熱進(jìn)程中需要運(yùn)用拌和的手法，使半熔融金屬中的固態(tài)顆粒進(jìn)行球化，且在液態(tài)中散布均勻。而用感應(yīng)加熱辦法行將金屬加熱到所需的溫度，另外在交變磁場的作用下，還可以得到電磁拌和的作用，因而該技能廣泛用于電磁連鑄出產(chǎn)進(jìn)程。該技能的長處有以下幾個方面：

　　(1)高效節(jié)能，易于完結(jié)機(jī)械化和自動化，出產(chǎn)進(jìn)程安穩(wěn)，質(zhì)量一致性好。

　　(2)出產(chǎn)功率高，可以與壓鑄出產(chǎn)堅(jiān)持同步。

　　(3)可以減少進(jìn)入模腔的氣體，鑄件的縮孔、疏松等質(zhì)量缺點(diǎn)少。

　　(4)鑄件的安排細(xì)密、均勻，強(qiáng)度有很大進(jìn)步。

　　(5)混合液體的溫度較低，降低了對模具的熱沖擊，然后有用地進(jìn)步了模具壽數(shù)。

　　3. 轎車齒輪仿形雙頻感應(yīng)淬火技能的運(yùn)用

　　齒輪輪齒在載荷的作用下，輪齒根部的彎曲應(yīng)力zui大，同時在齒根部與輪緣的過度部分因?yàn)樾螤詈统叨鹊募眲「淖儼l(fā)生應(yīng)力會集。另外，因?yàn)樵邶X輪的嚙合進(jìn)程中輪齒的觸摸面積很小(理論上是線觸摸)，在載荷的作用下，在齒面將發(fā)生很大的脈動改變的觸摸壓應(yīng)力，所以齒圈的失效辦法主要是輪齒折斷、齒面損壞和塑性變形。

　　為了進(jìn)步轎車齒輪的耐磨性和彎曲強(qiáng)度，要求齒輪的齒部外表和齒根外表具有較高的硬度和外表壓應(yīng)力;而為了避免發(fā)生脆性斷裂，進(jìn)步輪齒的韌性，心部硬度不易過高。目前廣泛用于轎車齒輪的熱處理辦法有滲碳淬火和氮化處理。

　　滲碳處理可以滿意上述功能要求，但存在出產(chǎn)周期長、功率低、熱處理變形操控困難，以及出產(chǎn)成本高等缺乏。氮化處理也存在出產(chǎn)周期長、功率低、出產(chǎn)成本高等缺乏，因?yàn)橛不瘜虞^薄，對進(jìn)步耐磨性的作用較大，但對進(jìn)步強(qiáng)度的作用則很小。

　　鑒于上述情況，美國的INDUCTOHEAT等公司介紹了齒輪單圈感應(yīng)器雙頻感應(yīng)淬火(single coil dualfrequency gear hardening)技能，該技能運(yùn)用一個感應(yīng)器，兩套感應(yīng)加熱電源，其中一套頻率為10～25kHz ，功率依據(jù)齒輪的尺度和模數(shù)巨細(xì)確認(rèn)，用于齒根部分的加熱，另外一套電源的頻率為150～350kHz ，功率依據(jù)齒輪的尺度和模數(shù)巨細(xì)確認(rèn)，但該功率是較低頻率電源的2～3倍。

　　選用分時段加熱的辦法，首要運(yùn)用較低頻率電源，比功率為2～4kW/cm2，將工件加熱至低于奧氏體化溫度50～100℃時立即中止加熱，改用另外一個頻率較高的電源給感應(yīng)器供電，比功率為6～10kW/cm2用于加熱齒頂部分，瞬間使加熱溫度達(dá)到高于奧氏體化溫度80～100℃，中止加熱(見圖5)，并立即噴水冷卻，完結(jié)淬火進(jìn)程，得到有用硬化層仿形散布的作用。

　　該技能運(yùn)用一個感應(yīng)器，一套頻率分別為10～25kHz和150～350kHz的雙頻感應(yīng)加熱電源，功率依據(jù)齒輪的尺度和模數(shù)巨細(xì)確認(rèn)，選用同時加熱的辦法，即在同一個感應(yīng)器內(nèi)通有上述兩種頻率的交變電流，比功率一般在15～20kW/cm2，依據(jù)零件的尺度和模數(shù)經(jīng)過試驗(yàn)確認(rèn)，在極短的時間內(nèi)(0.2～1.5s)完結(jié)齒根、齒面和齒根的加熱進(jìn)程，并立即噴水進(jìn)行冷卻，完結(jié)淬火進(jìn)程，同樣得到有用硬化層仿形散布淬火的作用(見圖6)。

　　轎車齒輪仿形雙頻感應(yīng)淬火技能長處是，加熱時間短，出產(chǎn)功率高，零件的淬火變形小，設(shè)備的占地面積少，出產(chǎn)環(huán)境清潔無污染，機(jī)械化、自動化程度高，可與其他加工設(shè)備共線出產(chǎn)。

　　4. 感應(yīng)加熱技能在非金屬粉末涂敷中的運(yùn)用

　　為了減小轎車傳動軸花鍵軸叉和花鍵套管間的摩擦系數(shù)，降低噪聲，進(jìn)步整車的可靠性和耐久性，借鑒國外樣車的成功經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)對標(biāo)剖析發(fā)現(xiàn)，在花鍵套管與花鍵軸叉的配合位置做了部分尼龍涂敷，選用的是熱涂敷工藝。用爐中加熱辦法存在以下缺乏：

　　(1) 需要將零件整體加熱，工藝周期長，為滿意出產(chǎn)節(jié)拍，設(shè)備占地面積大。

　　(2)只需要部分涂敷，其余部分要進(jìn)行防護(hù)，導(dǎo)致工序雜亂。

　　(3)為了滿意工藝節(jié)拍的要求，確保零件到達(dá)涂敷工位的工藝溫度，需要工件有較高的過熱度，導(dǎo)致工件的外表氧化，降低涂敷資料和零件間的附著力， 影響涂敷質(zhì)量。

　　為此，一汽集團(tuán)公司運(yùn)用感應(yīng)加熱技能，運(yùn)用感應(yīng)加熱可以完結(jié)零件部分加熱的特色，選用合理的工藝辦法和工藝參數(shù)，嚴(yán)格操控加熱區(qū)域和加熱溫度，減少了零件在涂敷前的氧化，不需涂敷的部分大大低于工藝溫度，不用采取任何防護(hù)辦法。

　　設(shè)備的占地面積小，自動化程度高，可依據(jù)涂敷工序的時間合理安排感應(yīng)加熱的節(jié)拍，并完結(jié)了在線出產(chǎn)，涂敷后實(shí)物見圖7。該工藝進(jìn)步了出產(chǎn)功率，降低了能耗和工藝成本，改善了出產(chǎn)環(huán)境，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有廣泛的推廣運(yùn)用遠(yuǎn)景。

　　5. 感應(yīng)加熱技能在高強(qiáng)鋼板成形及熱處理中的運(yùn)用

　　為了進(jìn)步轎車車身的安全性及完結(jié)輕量化的方針，歐美及日本等轎車制作技能比較先進(jìn)的各轎車廠家，爭相選用減薄高強(qiáng)鋼板，經(jīng)過熱處理強(qiáng)化的辦法，進(jìn)步車身結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度。一般的做法是，運(yùn)用為滿意車身板熱處理需求而開發(fā)的專用鋼板。

　　該資料應(yīng)具有淬硬功能好、在高溫晶粒長大速度慢、安排細(xì)密等功能，在進(jìn)行沖壓成形前使其在加熱爐中加熱到奧氏體化溫度以上50～80℃，然后快速送到模具內(nèi)成形，運(yùn)用帶有冷卻水道的模具使其敏捷冷卻到馬氏體相變點(diǎn)以下溫度，進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，完結(jié)淬火進(jìn)程。

　　目前的加熱辦法一般選用帶有快速送料機(jī)構(gòu)的縫隙式加熱爐進(jìn)行加熱，為了減少加熱進(jìn)程中的氧化，爐內(nèi)還要用惰性氣體或維護(hù)氣氛加以維護(hù)。經(jīng)這樣處理后的車身結(jié)構(gòu)件(如A、B、C柱及副車架等，見圖8)的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1300～1500MPa，進(jìn)步近2～3倍，因而在完結(jié)了輕量化的情況下，大大進(jìn)步了轎車的安全性。

　　據(jù)資料介紹，日本的高周波熱煉等公司運(yùn)用感應(yīng)加熱速度快的特色，成功開發(fā)了用感應(yīng)加熱代替廣泛運(yùn)用的爐中加熱新技能。該技能具有加熱速度快，電熱轉(zhuǎn)化功率高，設(shè)備占地面積少，機(jī)械化和自動化程度高，以及可以與出產(chǎn)線共線出產(chǎn)等長處，并在出產(chǎn)中得到運(yùn)用。

　　三、結(jié)語

　　跟著中國經(jīng)濟(jì)的高速開展和對環(huán)境維護(hù)的高度重視，在全球功能源嚴(yán)重的布景下，節(jié)能、環(huán)保是轎車制作業(yè)要面對的兩個非常重要的現(xiàn)實(shí)問題。作為一種高效、污染小的加熱辦法，感應(yīng)加熱技能在轎車制作范疇將會得到越來越廣泛的運(yùn)用。

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