感應加熱設備是一種進行表面淬火處理的設備，廣泛應用于金屬表面熱處理。那么感應加熱設備的加熱原理是什么？應用范圍有哪些？下面就讓我們一起來看看優(yōu)造節(jié)能的詳細介紹吧！

　　一、工藝簡介

　　感應加熱是一種相當新的工藝，它之所以獲得應用，主要是由于它獨特的性能。當迅速變化的電流流過金屬工件時，便產生集膚效應，它使電流集中于工件表層，在金屬表層上產生一個選擇性很高的熱源。法拉弟發(fā)現了集膚效應的這個優(yōu)點，發(fā)現了電磁感應這個值得注意的現象。他也是感應加熱的奠基者。感應加熱不要求外部熱源，而是利用受熱工件自身作為熱源，這個方法也不要求工件與能源即感應線圈接觸。其他的性能，包括可以根據頻率選擇不同的加熱深度，根據線圈耦合設計而得到精確的局部加熱，以及很高的功率密集度，或者說很高的功率密度。

　　適于感應加熱的熱處理過程應充分利用這些特性，并按下列步驟設計出完整的設備。

　　首先，工藝要求必須與感應加熱的基本特性相符。本章將敘述工件中的電磁效應、合成電流的分布和吸收的功率。根據感應電流產生的加熱效應和溫度效應，以及在不同的頻率，不同的金屬和工件形狀下，溫度的分布狀況等這些知識，使用者和設計者，即可根據技術條件的要求決定其棄取。

　　第二，感應加熱的具體形式，必須按是否符合技術條件的要求而確定，還應廣泛掌握應用和發(fā)展情況，感應加熱主要的應用趨勢。

　　第三，感應加熱的適宜性和最好的使用方法確定之后，便可設計出感應器和供電系統(tǒng)。

　　感應加熱中的許多問題，與工程上的一些基本感性知識很相似，一般都是來源于實踐經驗。也可以這樣說，如果沒有對于感應器形狀、電源頻率和受熱金屬熱工性能的正確理解，就不可能設計出感應加熱器或系統(tǒng)。

　　感應加熱的作用，在不可見的磁場影響下，與火焰淬火是一樣的。例如，由高頻發(fā)生器產生的較高頻率(200000赫以上)，一般能產生劇烈、快速和局部性的熱源，相當于小而集中的高溫氣體火焰的作用。反之，中頻(1000赫及10000赫)的加熱效果，比較分散和緩慢，熱量穿透較深，與比較大的和開闊的氣體火焰相似。

感應加熱設備

　　二、感應加熱原理

　　原理

　　感應加熱表面淬火是利用電磁感應原理，在工件表面層產生密度很高的感應電流，迅速加熱至奧氏體狀態(tài)，隨后快速冷卻得到馬氏體組織的淬火方法，。當感應圈中通過一定頻率的交流電時，在其內外將產生與電流變化頻率相同的交變磁場。金屬工件放入感應圈內，在磁場作用下，工件內就會產生與感應圈頻率相同而方向相反的感應電流。由于感應電流沿工件表面形成封閉回路，通常稱為渦流。此渦流將電能變成熱能，將工件的表面迅速加熱。渦流主要分布于工件表面，工件內部幾乎沒有電流通過，這種現象稱為表面效應或集膚效應。感應加熱就是利用集膚效應，依靠電流熱效應把工件表面迅速加熱到淬火溫度的。感應圈用紫銅管制做，內通冷卻水。當工件表面在感應圈內加熱到一定溫度時，立即噴水冷卻，使表面層獲得馬氏體組織。

　　感應電動勢的瞬時值為：

　　式中：e——瞬時電勢，V;Φ——零件上感應電流回路所包圍面積的總磁通，Wb，其數值隨感應器中的電流強度和零件材料的磁導率的增加而增大，并與零件和感應器之問的間隙有關。

　　為磁通變化率，其絕對值等于感應電勢。電流頻率越高，磁通變化率越大，使感應電勢P相應也就越大。式中的負號表示感應電勢的方向與

　　的變化方向相反。

　　零件中感應出來的渦流的方向，在每一瞬時和感應器中的電流方向相反，渦流強度取決于感應電勢及零件內渦流回路的電抗，可表示為：

　　式中，I——渦流電流強度，A;Z——自感電抗，Ω;R——零件電阻，Ω;X——阻抗，Ω。

　　由于Z值很小，所以I值很大。

　　零件加熱的熱量為：

　　式中Q——熱能，J;t——加熱時間，s。

　　對鐵磁材料(如鋼鐵)，渦流加熱產生的熱效應可使零件溫度迅速提高。鋼鐵零件是硬磁材料，它具有很大的剩磁，在交變磁場中，零件的磁極方向隨感應器磁場方向的改變而改變。在交變磁場的作用下，磁分子因磁場方向的迅速改變將發(fā)生激烈的摩擦發(fā)熱，因而也對零件加熱起一定作用，這就是磁滯熱效應。這部分熱量比渦流加熱的熱效應小得多。鋼鐵零件磁滯熱效應只有在磁性轉變點A2(768℃)以下存在，在A2以上，鋼鐵零件失去磁性，因此，對鋼鐵零件而言，在A2點以下，加熱速度比在A2點以上時快。

　　頻率選擇

　　感應加熱頻率的選擇：根據熱處理及加熱深度的要求選擇頻率，頻率越高加熱的深度越淺。

　　高頻(10KHZ以上)加熱的深度為0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加熱，如小模數齒輪及中小軸類零件等。

　　中頻(1~10KHZ)加熱深度為2-10mm，一般用于直徑大的軸類和大中模數的齒輪加熱。

　　工頻(50HZ)加熱淬硬層深度為10-20mm，一般用于較大尺寸零件的透熱，大直徑零件(直徑300mm以上，如軋輥等)的表面淬火。

　　經驗公式

　　感應加熱淬火表層淬硬層的深度，取決于加熱的厚度，而加熱的厚度又取決于交流電的頻率，一般是頻率高加熱深度淺，淬硬層深度也就淺。頻率f與加熱深度δ的關系，有如下公式：

　　式中：f為頻率，單位為Hz;δ為加熱深度，單位為毫米(mm)。

感應加熱設備

　　三、具體應用

　　感應加熱表面淬火具有表面質量好，脆性小，淬火表面不易氧化脫碳，變形小等優(yōu)點，所以感應加熱設備在金屬表面熱處理中得到了廣泛應用。

　　感應加熱設備

　　感應加熱設備是產生特定頻率感應電流，進行感應加熱及表面淬火處理的設備。

　　表面淬火

　　將工件放在用空心銅管繞成的感應器內，通入中頻或高頻交流電后，在工件表面形成同頻率的的感應電流，將零件表面迅速加熱(幾秒鐘內即可升溫800～1000度，心部仍接近室溫)后立即噴水冷卻(或浸油淬火)，使工件表面層淬硬。

　　與普通加熱淬火比較感應加熱表面淬火具有以下優(yōu)點：

　　1、加熱速度極快，可擴大A體轉變溫度范圍，縮短轉變時間。

　　2、淬火后工件表層可得到極細的隱晶馬氏體，硬度稍高(2～3HRC)。脆性較低及較高疲勞強度。

　　3、經該工藝處理的工件不易氧化脫碳，甚至有些工件處理后可直接裝配使用。

　　4、淬硬層深，易于控制操作，易于實現機械化，自動化。

　　以上就是關于感應加熱設備的加熱原理和應用范圍，希望能給大家提供一些幫助！在這里提醒大家一下，在操作感應加熱設備的過程中一定要注意安全。