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第九章 感应热处理设备及其他表面处理加热设备 感应热处理的基本原理，根据中、高频电流的特点理解和掌握导磁体的屏蔽作用，掌握如何根据需要对感应热处理设备进行选择及设计。 第九章 感应热处理设备及其他表面处理加热设备 感应热处理可以提高产品质量、缩短生产周期和改善劳动条件，提高生产组织水平，适用于机械化大生产，可通过计算机控制实现无人操作。 感应加热可用于淬火、回火、正火、调质、透热等。 9.1感应热处理的基本原理 一、感应加热的基本原理 当感应器（施感导体）通过交变电流（交流变化）时，在其周围产生交变磁场，将工件放入交变磁场中，按电磁感应定律，工件内将产生感应电动势和感应电流，感应电流做功，将工件加热。 9.1感应热处理的基本原理 二、中、高频电流的特点 中、高频的频率范围可见教材表9-1。 1.集肤效应 由于工件内存在着电动势，产生闭合电流，称之为涡流。涡流的分别时不均匀的，由工件表面向心部呈指数规律衰减。即当交流电流通过导体时，在导体表面电流最大，越向内部电流密度越小的现象称为集肤效应。当电流频率越高，集肤效应越显著。 9.1感应热处理的基本原理 2.邻近效应 两个通过交流电流的导体彼此相距很近时，则每个导体内的电流将重新分布。当导体内电流方向相反时，两个导体的电流瞬时则最大电流密度出现在两导体相邻的一面；当瞬时方向相同，出现在两导体相背的一面。导体内电流的频率越高，导体间距越小，邻近效应越明显。 9.1感应热处理的基本原理 3.圆环效应 当交变电流通过环形导体时，电流在导体横截面上的分布将发生变化，电流仅仅集中在圆环的内侧，这种现象叫圆环效应。圆环的曲率半径越小，径向（间距）宽度越大，圆环效应越显著。 4.尖角效应 当感应器与工件间的距离相同，在工件尖角处的加热强度远较其他光滑部位强烈，会造成过热，这种现象称为尖角效应。尖角效应是由于磁力线易于集中在尖角处，感应涡流较大的缘故。 9.2感应热处理设备的选择 一、感应热处理设备的分类及特点 根据感应加热设备的工作频率的不同分为：高频、超音频、中频、工频感应加热设备； 按变频产生的方式分为：电子管变频设备、机式变频设备、半导体（可控硅）变频设备和工频设备。 从教材的表9-1中可看到变频产生的方式与工作频率的关系，以及在什么情况采用何种频率及加热装置。 9.2感应热处理设备的选择 二、感应加热设备频率的选择 根据集肤效应，工程上规定当工件的电流为表面涡流强度的1/e（e＝20718）处的电流透入深度，用δ表示。在钢铁材料中，热态（工件已经加热）电流的透入深度将比冷态电流渗入深度大几十倍。 从钢铁材料在800～900℃范围内的投入电流深度的关系教材公式（9-3）可以看出，加热设备频率f越小，电流透入深度越大，则x越深。若加热时热量只集中于表层，即δ热《x，要靠热传导传热，加热速度慢，生产率低，过渡层大，但设备功率可以小。相反则设备功率要大。教材表9-2为淬硬层深度与推荐设备频率的关系，可根据需要进行选择。 9.2感应热处理设备的选择 三、感应加热设备功率的确定 在生产上，感应加热设备的功率计算有多种方法，有额定功率、输出功率和总功率等。 对尺寸较小的工件，当相同的设备的总功率时，宜采 用单位面积功率可以大一些，反之就相反（因为设备总功率限制）。 加热方式对单位面积功率的选择也有影响，可参教材表9-3。亦可根据教材表9-3所推荐的工件单位面积功率及工件的加热面积按教材公式（9-5）式求得设备的总功率。 在选择设备的总功率时，设备的功率应将变压器功率、感应器效率和回路线传输效率等考虑进去，且总功率满足工艺要求。 9.3感应器设计概要 一、感应器结构尺寸的设计 感应器的设计主要包括感应器的形状、尺寸、圈数、感应圈与工件的间隙。汇流板的尺寸与连接方法，冷却方式等。器结构尺寸主要根据中、高频电流的特点以及感应线圈的使用寿命等综合考虑。 9.3感应器设计概要 1.感应器与工件的间隙 感应器用壁厚1.0～1.5mm紫铜管制成。 感应器与工件的间歇大小，直接影响到感应器的功率因数。间隙大，功率因数低；间隙小，则功率因数高，电流透入深度浅，加热速度快。当间歇过小，操作不方便，易产生短路，降低使用寿命。 感应器与工件间歇尺寸推荐范围间教材表9-4所示。 9.3感应器设计概要 2.感应器的高度 对于常轴件进行局部一次