1、感應(yīng)加熱系統(tǒng)的組成

電磁加熱系統(tǒng)主要由電磁加熱控制板和加熱線圈兩部分組成。

加熱輸出接觸器的輸出端經(jīng)過(guò)電磁加熱控制板將交流電進(jìn)行整流、濾波、逆變成高頻的交流電，再通過(guò)鏈接線圈加到電磁的加熱線圈上，高頻的交流電通過(guò)保溫材料作用于被加熱體上，從而達(dá)到被加熱體的自發(fā)熱過(guò)程。

還可以用另外一種方式，將電源直接輸入到電磁加熱控制板，加熱輸出接觸器直接通過(guò)電磁加熱控制器的方式直接控制電磁加熱控制板的工作狀態(tài)。

2、對(duì)輸出功率的控制

對(duì)于感應(yīng)加熱輸出功率的控制有很多種方法，其中感應(yīng)電源有兩種控制方法：即負(fù)載串聯(lián)諧振型和負(fù)載并聯(lián)諧振型。串聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源較并聯(lián)的有很多優(yōu)勢(shì)，比如:啟動(dòng)時(shí)比較迅速、可以使用體積相對(duì)較小的電感和整流，可以使用不空整流等。

加熱過(guò)程有特定需要達(dá)到的目的，所以感應(yīng)加熱電源需要控制輸出功率，使功率保持到一個(gè)可調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)。串聯(lián)諧振電源的調(diào)功方式有兩大類(lèi)：直流側(cè)調(diào)壓調(diào)功和逆變側(cè)調(diào)功。

其中直流側(cè)調(diào)壓調(diào)功中又包括兩種方式：是采用晶閘管全控整流;另一種是不控整流后用斬波器進(jìn)行調(diào)壓。逆變側(cè)調(diào)功的方法就比較多，比如:通過(guò)脈沖寬度調(diào)節(jié)、通過(guò)電壓調(diào)節(jié)、通過(guò)脈沖頻率調(diào)節(jié)、通過(guò)脈沖密度調(diào)節(jié)、通過(guò)移相調(diào)節(jié)、通過(guò)改變功率因素調(diào)節(jié)以及以上各種方法的綜合調(diào)節(jié)法等。

通過(guò)這些方法的調(diào)節(jié)都可以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。在加熱一個(gè)物體，整個(gè)過(guò)程可能需要不同的溫度，所以要求在不同的階段保證不同的溫度。

現(xiàn)在用調(diào)節(jié)脈沖密度調(diào)功法調(diào)節(jié)溫度的方法是使用較多的一種，這種方法可以直接完成對(duì)輸出電源的電流幅值進(jìn)行控制，通過(guò)實(shí)驗(yàn)既定的模型，通過(guò)建立在某一特定電流幅值的基礎(chǔ)上，建立T=f(t)即溫度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)溫度的分段控制，以達(dá)到各時(shí)間段不同溫度的要求。

3、溫度控制的算法

目前使用較多的一種算法就是模糊控制算法，這種算法具有大慣性、非線性、有滯后、相鄰段有較強(qiáng)偶合等特點(diǎn)，這種算法可以模擬人腦進(jìn)行思維、判斷以及推理的過(guò)程，可以將人的經(jīng)驗(yàn)等用語(yǔ)言的方式表達(dá)出來(lái)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)的處理，完成輸入和輸出的建模過(guò)程，是一個(gè)智能化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

模糊算法的數(shù)據(jù)庫(kù)錄入的是專(zhuān)家的語(yǔ)言信息，并在使用時(shí)將這種語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為控制策略，可以解決實(shí)際使用過(guò)程中的各種問(wèn)題，有些復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，這種算法可以解決這些復(fù)雜的建模過(guò)程。

這種方法很好地完成了推理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)間以及模糊數(shù)據(jù)和精確數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化問(wèn)題。溫度的控制就是一個(gè)不確定的數(shù)據(jù)模型，通過(guò)電磁感應(yīng)的輸出功率和模糊算法的結(jié)合就可以完成溫度的精確控制，控制精度可以上下不相差1℃。

1、什么是高頻加熱

高頻感應(yīng)加熱絕大多數(shù)是用于工業(yè)金屬零件表面加熱，是使工件表面產(chǎn)生一定的感應(yīng)電流，迅速加熱零件表面，然后迅速加熱的一種金屬熱處理方法。

2、什么是中頻加熱

中頻感應(yīng)加熱是將金屬件放在一個(gè)感應(yīng)線圈內(nèi)，感應(yīng)線圈通交流電，產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，在金屬件內(nèi)感應(yīng)出交變電流，由于趨膚效應(yīng)，電流主要集中在金屬件表面，所以表面的溫度最高，在感應(yīng)線圈下面緊跟著噴水冷卻或其他冷卻，由于加熱及冷卻主要集中在表面，所以表面改性很明顯，而內(nèi)部改性基本沒(méi)有，可以有很特殊的熱處理效果。

3、高頻加熱和中頻加熱的區(qū)別

高頻感應(yīng)加熱和中頻感應(yīng)加熱都屬于表面熱處理技術(shù)的一種，都是利用高頻率(或中頻率、工頻)的感應(yīng)電流，使鋼件表面迅速加熱，隨后立即冷卻的一種方法。

高頻感應(yīng)加熱和中頻感應(yīng)加熱的工作原理一樣，都是感應(yīng)加熱原理：即工件放到感應(yīng)器內(nèi)，感應(yīng)器一般是輸入中頻或高頻交流電(1000-300000Hz或更高)的空心銅管。產(chǎn)生交變磁場(chǎng)在工件中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的，在表面強(qiáng)，而在內(nèi)部很弱，到心部接近于0，利用這個(gè)集膚效應(yīng)，可使工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到800-1000℃，而心部溫度升高很小。

不過(guò)加熱過(guò)程中，感應(yīng)電流在工件中的分布是不均勻的，不同的電流頻率產(chǎn)生的加熱效果也是不同的：

高頻感應(yīng)加熱：

電流頻率在100～500kHz;淬硬層淺(1.5~2mm);硬度高;工件不易氧化;變形小;加熱質(zhì)量好;生產(chǎn)效率高;適用于摩擦條件下工作的零件，如一般較小的齒輪、軸類(lèi)。

中頻感應(yīng)加熱：

電流頻率在500～10000Hz;淬硬層較深(3~5mm);適用于承受扭曲、壓力負(fù)荷的零件，如曲軸、大齒輪、磨床主軸等。

簡(jiǎn)而言之，高頻感應(yīng)加熱和中頻感應(yīng)加熱的最大區(qū)別就是加熱厚度的不同，高頻感應(yīng)加熱可以短時(shí)間的表層淬硬，晶體組織很細(xì)，結(jié)構(gòu)變形小，而中頻表面應(yīng)力比高頻的要小。

高頻感應(yīng)加熱就是利用高頻感應(yīng)電流使工件表面很快加熱到加熱溫度，然后用水或油噴射冷卻的一種熱處理方法。高頻感應(yīng)加熱的特點(diǎn)是加熱速度快、加熱組織細(xì)、硬度高、耐磨性好、表面變形小、淬硬層深度容易控制、生產(chǎn)率高等。

影響高頻感應(yīng)加熱的加熱硬度的主要技術(shù)參數(shù)包括：加熱溫度、電流頻率、加熱速度、間隙距離、冷卻時(shí)間、電位值。

1、加熱溫度：感應(yīng)加熱的溫度應(yīng)根據(jù)鋼種、原始組織及在相邊區(qū)間的加熱速度來(lái)確定。采用感應(yīng)加熱時(shí)，在較寬的溫度范圍內(nèi)均可得到良好的組織。因此，可在固定電參數(shù)的情況下，選用不同的加熱時(shí)間(或在選用不變的加熱時(shí)間下，選用不同的比功率)來(lái)調(diào)節(jié)淬硬層的深度。

2、電流頻率：電流頻率是感應(yīng)加熱的主要工藝參數(shù)，需根據(jù)要求的硬化層深度來(lái)確定，為了提高生產(chǎn)率，要求加熱的熱透入深度大于淬硬層深度，即全部采用電磁感應(yīng)加熱，而不采用傳導(dǎo)加熱。當(dāng)工件截面很小時(shí)，頻率選高些。

3、加熱速度：在進(jìn)行一定深度的表面加熱時(shí)，應(yīng)該力求用渦流“透入式加熱”。加熱速度應(yīng)能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到規(guī)定的加熱深度。根據(jù)淬硬層深度選擇加熱時(shí)間為1.5s，比功率(ρ)為1.7。

4、間隙距離：在實(shí)際生產(chǎn)中，多數(shù)情況是設(shè)備頻率過(guò)高，采用如下方法保證在表面不過(guò)熱條件下獲得較深的加熱層：降低比功率，延長(zhǎng)加熱時(shí)間;增加工件和感應(yīng)器間的間隙(3mm)，延長(zhǎng)加熱時(shí)間;同時(shí)加熱時(shí)采用斷續(xù)加熱法，增加熱傳導(dǎo)時(shí)間;進(jìn)行預(yù)熱，在爐中預(yù)熱到600～700℃后再移到感應(yīng)器中進(jìn)行最后加熱。

5、冷卻時(shí)間：為避免產(chǎn)生加熱裂紋，必須嚴(yán)格控制冷卻時(shí)間，使工件既能獲得足夠的表面硬度，又不冷透，并能利用工件內(nèi)部殘存的熱量進(jìn)行210～240℃自回火。連續(xù)加熱時(shí)，可通過(guò)調(diào)整感應(yīng)器與工件的相對(duì)移動(dòng)速度、間隙、噴水孔與工件軸向的夾角改變工件的預(yù)冷時(shí)間。在單獨(dú)設(shè)置噴水圈時(shí)，通過(guò)改變其與感應(yīng)器的距離，就可達(dá)到預(yù)期的預(yù)冷時(shí)間。

6、電位值：當(dāng)加熱層深度為熱態(tài)電流透入深度的40%～50%時(shí)，加熱的總效率(包括電效率和熱效率)最高。

感應(yīng)加熱表面加熱是對(duì)工件表面進(jìn)行快速加熱，使工件表面迅速達(dá)到加熱溫度，隨后冷卻使工件表面獲得加熱組織，而心部仍保持原始組織的一種加熱方法。

中頻感應(yīng)加熱是通過(guò)感應(yīng)圈感應(yīng)加熱，交流電的頻率為50Hz。電源可用四臺(tái)BX-500型或BX2-1000型交流電焊機(jī)并聯(lián)使用。它們?cè)?00%工作持續(xù)率下，可供給電流1600A。

中頻感應(yīng)加熱是通過(guò)感應(yīng)圈感應(yīng)加熱，交流電的頻率為1000Hz左右。電源可用功率為100kW的晶閘管并聯(lián)逆變中頻電源。中頻感應(yīng)加熱的特點(diǎn)：

①因?yàn)轭l率較高，加熱相同壁厚和管徑的焊接接頭，中頻比工頻可節(jié)省電能。

②隨著工作電流減少，感應(yīng)圈的截面相應(yīng)減少，既節(jié)省了銅或鋁材，又改善了勞動(dòng)強(qiáng)度。

③發(fā)熱效率高，升溫速度快，提高了工效。

④無(wú)剩磁。用作焊前預(yù)熱時(shí)，不需退磁。

⑤有集膚效應(yīng)，當(dāng)工件厚度過(guò)大時(shí)，里外壁溫差太大。

⑥中頻輸出電壓較高，在使用中要注意安全。

感應(yīng)加熱表面加熱的工藝參數(shù)，包括熱參數(shù)和電參數(shù)。熱參數(shù)主要有感應(yīng)加熱溫度、加熱時(shí)間和加熱速度。電參數(shù)包括設(shè)備頻率。以及決定單位表面功率的陽(yáng)極電壓、陽(yáng)極電流、槽路電壓和柵極電流。熱參數(shù)和電參數(shù)是密切相關(guān)的，生產(chǎn)中是通過(guò)調(diào)整電參數(shù)來(lái)控制熱參數(shù)，從而保證感應(yīng)加熱表面加熱質(zhì)量。