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高頻加熱機
高頻感應加熱設備是一種相當新的工藝①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯,它之所以獲得應用ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ,主要是由于它獨特的原理ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。當迅速變化的電流流過金屬工件時⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺,便產生集膚效應❣❦❧♡۵,它使電流集中于工件表層웃유ღ♋♂,在金屬表層上產生一個選擇性很高的熱源⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺。法拉弟發現了集膚效應的這個優點ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ,發現了電磁感應這個值得注意的現象㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。他也是感應加熱的奠基者❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。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웃유ღ♋♂,以及很高的功率密集度⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤,或者說很高的功率密度☧☬☸✡♁✙♆。,、':∶;。
根據高頻加熱機的這些原理這些特性⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤,深入剖析☈⊙☉℃℉❅,可以按照下列步驟設計出完整的設備웃유ღ♋♂。
首先♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃,工藝要求必須與感應加熱的基本特性相符㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦。本章將敘述工件中的高頻淬火ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ、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㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂,以及在不同的頻率①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯,不同的金屬和工件形狀下㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂,溫度的分布狀況等這些知識ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ,使用者和設計者ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ,即可根據技術條件的要求決定其棄取⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。
第二ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ,感應加熱的具體形式㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂,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展情況✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥,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❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣。
感應加熱中的許多問題㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦,與工程上的一些基本感性知識很相似✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥,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㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。
感應加熱的作用웃유ღ♋♂,在不可見的磁場影響下☾☽❄☃,與火焰淬火是一樣的⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤。例如☧☬☸✡♁✙♆。,、':∶;,由高頻發生器產生的較高頻率(200000赫以上)☾☽❄☃,一般能產生劇烈❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣、快速和局部性的熱源❣❦❧♡۵,相當于小而集中的高溫氣體火焰的作用❣❦❧♡۵。反之㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂,中頻(1000赫及10000赫)的加熱效果❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣,比較分散和緩慢㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂,熱量穿透較深❣❦❧♡۵,與比較大的和開闊的氣體火焰相似⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。
高頻加熱機原理
高頻加熱機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♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃,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㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉,在其內外將產生與電流變化頻率相同的交變磁場⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。金屬工件放入感應圈內ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ,在磁場作用下❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰,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❣❦❧♡۵。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✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥。渦流主要分布于工件表面♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃,工件內部幾乎沒有電流通過✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥,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⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。感應圈用紫銅管制做㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂,內通冷卻水㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦。當工件表面在感應圈內加熱到一定溫度時⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤,立即噴水冷卻❣❦❧♡۵,使表面層獲得馬氏體組織❣❦❧♡۵。
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❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰,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❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰,并與零件和感應器之問的間隙有關✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴。
為磁通變化率①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯,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⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。式中的負號表示感應電勢的方向與
的變化方向相反❣❦❧♡۵。
零件中感應出來的渦流的方向❣❦❧♡۵,在每一瞬時和感應器中的電流方向相反✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥,渦流強度取決于感應電勢及零件內渦流回路的電抗⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ,可表示為:
式中㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉,I——渦流電流強度ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ,A;Z——自感電抗⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤,Ω;R——零件電阻❣❦❧♡۵,Ω;X——阻抗①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯,ΩⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ。
由于Z值很小❣❦❧♡۵,所以I值很大ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ。
零件加熱的熱量為:
式中Q——熱能⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓,J;t——加熱時間⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ,s㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦。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㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦,它具有很大的剩磁☈⊙☉℃℉❅,在交變磁場中웃유ღ♋♂,零件的磁極方向隨感應器磁場方向的改變而改變⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺。在交變磁場的作用下ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ,磁分子因磁場方向的迅速改變將發生激烈的摩擦發熱㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦,因而也對零件加熱起一定作用⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾,這就是磁滯熱效應㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。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⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺,因此❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰,對鋼鐵零件而言♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃,在A2點以下⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ,加熱速度比在A2點以上時快✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅。
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