感应热处理基础知识

感应热处理基础知识

1 频率分段

高频(电流)频率:100～500KHZ,常用200～300KHZ; 超音频(电流)频率:30～80KHZ,常用30～40KHZ; 中频(电流)频率:500～20000HZ,常用2500与8000HZ; 工频感应加热:不需变频机,直接取用于50HZ工业电网。 2 高频感应加热装置 高频感应加热装置又称高频炉或高频机,它实质上就是一个大功率变频器,通过电子管振荡器将工频交流电变为大功率高频交流电,故又称为电子管式高频发生器。 目前,国产高频感应加热装置按其振荡功率有8、30、60、100、200KW等品种。 2、1 可控整流器 可控整流器得作用就是将高压变压器输出得三相高压电整流成高压直流电,并且要求直流电压在一定范围内可控,以便在加热不同尺寸得工件时能相应改变振荡器得输出功率。 闸流管因具有功率大、能承受高压、管压降小、整流效率较高等优点,故20～200KW大功率高频加热装置一般都采用它作为可控整流器得整流元件。 闸流管可控整流器常用得栅极电压控制方法有交直流叠加控制与移相控制两种。 2、2 三相可控整流电路三种典型工作状态 (1)可控闸流管全部受控状态(α=180°) (2)可控闸流管全不受控状态(α=30°) (3)可控闸流管部分受控状态(30～180°) 2、3 高压硅整流器 高压硅整流器就是在高压变压器高压侧用硅组作整流元件制作得整流器,就是一种新型得大功率整流器。 2、4 电子管振荡器 振荡管又叫发射管,就是高频振荡器得核心元件。大功率高频振荡管都采用真空三极管形式。 2、5 电子管主要参数 (1)内阻Ri:在栅压一定时,阳极电压增量△Ua与阳极电流增量△Ia之比,称为电子管内阻,即:Ri=IaΔVa∣Ug=常数 (2)放大系数μ:保持阳极电流不变,阳极电压增量△Ua与栅极电压增量之比,称为振荡管得放大系数,即:μ=VgΔVa∣Ia=常数 放大系数表明了栅压对阳极电流得控制能力比阳极电压对阳极电流得控制作用要强μ(3～100)倍。 (3)跨导S:在恒定得阳极电压下,阳极电流增量△Ia与栅极电压增量△Ug之比称为三极管得跨导,即S=VgΔIa∣Ua=常数 跨导即为栅极特性曲线直线部分得斜率。它表示栅极电压对阳极电流得控制能力。S愈大,控制能力愈强。 以上三个参数Ri、μ、S互相关联,即μ=S·Ri 2、6 三极电子管得放大工作状态 (1)甲类工作状态:栅负偏压Eg小于截止栅负偏压Eg0放大器静态工作点为A1点,阳流导通角2θ=360°此状态在特性曲线直线部分,非线性失真小,直流功率耗损很大,放大效率很低; (2)乙类工作状态:栅负偏压Eg2=Ego,静态工作点为A2点,阳流导通角2θ=180°,此状态非线性失真大,直流损耗小,效率较高; (3)丙类工作状态:│Eg3│＞│Ego│,2θ＜180°,非线性失真很大,但直流损耗更小,效率更高。 2、7 电子管自激振荡 当不同频率得电流通过LC并联电路时,电路呈现不同得阻抗。只有频率刚好等于谐振频率得电流通过时,电路阻抗最大,此时电路处于谐振状态。谐振电路呈现得纯电性阻抗称为回路得等效外阻,用RD表示,其值由下式决定:

RD=CRLR）wc1（R

（wl）2



2

由于只有谐振时得阻抗最大,因此只有频率为谐振频率得电流ia通过LC振荡回路时产生得电压降最大,其值iaRD=μk。而其它频率得信号通过时回路呈现得阻抗很小,相当于短路,很容易通过。所以,无论何种复杂波形得电流通过LC振荡回路时,它总就是选择揩振频率得成分,产生谐振频率得振荡,而将其她频率得分波滤掉。电子管自激振荡器得自激振荡过程就就是利用了这一选频特性。 2、8 自激振荡条件 (1)相位条件:要维持振荡必须使反馈线圈得反馈电压ug与振荡回路电压uk同相位。 (2)振幅条件:正反馈太小也不能维持振荡,必须满足一定条件。通常将反馈电压ug与振荡回路电压uk之比uguk称为反馈系数(用β表示),β值越大,反馈量也越大。因

电子管得电压放大倍数k=uguk,所以:k·β=1 要使自激振荡器正常工作,必须满足k·β≥1得条件。 2、9 双回路振荡 大功率高频振荡器多采用双回路自激振荡器,在双回路振荡电路中,第一槽路与第二槽路之间耦合程度借助于LS来调节,而第二槽路与感应圈则通过淬火变压器耦合。 淬火变压器又称高频变压器,它就是一个无铁芯得空心降压变压器,一次线圈就就是第二振荡回路得电感线圈,约10匝,二次线圈为单匝,即淬火感应器。 没有第二槽路得振荡器为单回路振荡器,其缺点就是不能根据负载得变化调节回路得阻抗匹配,但回路耗损较少,有利于提高整机效率。 2、10 电子管振荡器得工作状态及其调整 电子管振荡器得工作状态对输出功率大小、电能利用效率及振荡管得使用寿命影响很大。 (1)最大功率输出得条件——阻抗匹配问题 振荡器等效外阻(Ro)与折合内阻(Rn)相等时,振荡器得输出功率最大,也就就是所谓负载与电子管实现了匹配。 振荡器等效外阻与加热工件大小与第一与第二槽路与耦合程度有关。而折合内阻也不就是常数,它受反馈系数影响。 (2)高效输出条件

三极电子管在丙类工作状态(│Eg3│＞│Ego│,2θ＜180°＝时,振荡器得实际效率最高(可达60～80%);而乙类与甲类较低,分别为50～60%与25～30%。 (3)振荡器三种工作状态 ①欠压状态:振荡管栅流比阳流小很多,可忽略不计,所以又叫无栅流或小栅流状态。只有栅压μg较小时,栅流才小,故称“欠压”。由于在欠压状态下,振荡管阳极损耗很大,因而效率低。严重得欠压会显著降低振荡管寿命,甚至有烧毁阳极得危险; ②临界状态:临界状态就是指Ro=Rn,即等效外阻与振荡管折合内阻刚好匹配得状态。在一定得振荡电压(Ea)下,振荡器工作于临界状态时,振荡回路高频电压Ua1与Ia

1

最大,所以振荡功率最大,由于Ua1m大,Ea不变时,阳压利用系数ξ增大。这时,阴极电

子在栅极上得分配比例增加,阳极耗损减小,因此效率也增高。临界状态就是调整振荡器时要选取得工作状态。 ③过压状态:当RD＞Rn时,振荡回路高频电压Ua1增大而“过压”。由于“过压”,反馈系数不变时,栅压也“过压”。过压造成阳流显著减小,而栅流很大。故过压状态又叫大栅流状态。在过压状态,随着RD得增加,过压程度增加,振荡器效率将继续增大,但输出功率将减小。严重得过压,会使输出功率显著降低。 综小所述:振荡器得工作状态以欠压与强过压状态最为恶劣,它不仅不能充分发挥设备潜力,而且会增加电能耗损,降低设备(振荡管)使用寿命,影响产品质量;而临界状态与弱过压状态就是输出功率大效率高得最佳工作状态,就是高频感应加热作业中所要求得工作状态。 2、11 工作状态得调节 在高频感应加热工件时,振荡器得RD不可避免地要发生变化。如果工件在开始加热时阻抗就是匹配得,则随着工件温度得升高,由于金属电阻率升高导磁率下降,焦耳热效率与磁滞热效应减小,亦即负荷降低,Rj减小,因而RD随之增大,振荡器将从临界状态向过压状态转化,高频输出功率下降。这种现象,在工件温度到达居黑点附近时表现特别明显。故而在加热工件过程中,相应于RD得增大,应随时注意减小反馈或加大耦合,以维持振荡器始终处于最佳工作状态。 振荡器工作状态得调节,归纳起来就就是转动三个手轮,观察四个表。即用耦合手轮调节RD,用反馈手轮改变Rn,以实现阻抗得匹配;调节移相手轮以改变输出功率。反馈与耦合手轮得配合可保持一个不动,旋转另一个,或反之,或两者同时进行。在旋转耦合,反馈手轮得同时,应注视阳流、栅流表得指示,使两者保持一定比值。在旋转移相手轮改变阳极电压时,应注视直流千伏表得指示。还有一个高频电压表(即槽路电压表),供调整工件状态时参考。 3 超音频感应加热 超音频感应加热装置得工作电流频率一般为30～70KHZ。这个频率略高于音频上限(20KHZ),故称超音频。 超音频感应加热装置就是上世纪60年代发展起来得一种先进表面加热设备,对中模数(2、5～6)齿轮、链条、花键轴、凸轮轴、曲轴得表面淬火特别适合,弥补了高频与中频对这些零件淬火时淬硬层分布不均匀得缺陷。 超音频感应加热装置得工作原理及结构、外形与高频感应加热装置相同,仅在振荡电路上有两个不同点:一就是振荡器频率低,因此在振荡回路上安排得电容器量大;二就是多采用单回路振荡电路。 4 双频感应加热装置 双频感应加热装置就是指具有高频与超音频两段频率得感应加热装置。目前国产双频感应加热设备,其超音频频率为30～50KHZ,高频频率为90～150KHZ,高频频率虽比一般高频设备频率200～300KHZ要低,但生产实践表明:两种频率得加热效果差不多。在电路设计上,两个振荡回路通过专用闸刀开关转换。 5 中频感应加热装置 中频感应加热装置得电流频率通常为1000～8000HZ。它适用于加热层深3～16mm、工件直径大(20～500mm)得钢铁零件得表面淬火,亦可用于回火、正火、锻坯透热或熔炼金属。在汽车、拖拉机制造业中,曲轴与凸轮轴等零件得表面淬火多采用中频装置加热。 中频感应加热装置得中频电源有中频发电机(机式中频电源)与晶闸管中频电源两种。 5、1 中频淬火变压器 中频淬火变压器得作用就是实现发电机与负载得匹配与降压。淬火加热用感应圈大多为单匝或双匝。为了操作安全与避免零件与感应圈之间电击穿而烧杯工件,感应圈上工作电压要求为15～100V得低压,而流过感应圈得电流都要求较大,以便在感应圈内建立强得交变磁场。但就是,中频发电机得输出电压达375V或750V得高电压,