一、感應加熱的原理及特色

　　1. 電磁感應現象

　　電磁感應現象是指放在改變磁通量中的導體，會發生電動勢。此電動勢稱為感應電動勢或感生電動勢，若將此導體閉組成一回路，則該電動勢會唆使電子活動，形成感應電流(見圖1)。

　　電磁感應現象的發現，乃是電磁學范疇中zui偉大的成就之一。它不僅揭示了電與磁之間的內在聯系，而且為電與磁之間的彼此轉化奠定了實驗根底，為人類獲取巨大而廉價的電能拓荒了道路，在有用上有重大意義。

　　電磁感應現象的發現，標志著一場重大的工業和技能革命的到來。事實證明，電磁感應是發電機、感應電機、變壓器和大部分其他電力設備操作的根底，在電工、電子技能、電氣化、自動化和工業加熱方面的廣泛運用，對推進社會出產力和科學技能的開展起到了重要的作用。

　　2. 感應加熱原理

　　感應加熱技能運用的便是變壓器的作業原理，在感應器(變壓器的初級線圈)中通入交變電流后，在其周圍會發生交變磁場，放置在其附近的金屬工件(變壓器的短路次級線圈)在交變磁場的作用下，會發生電動勢，在該電動勢的唆使下使工件中的電子活動形成感應電流(渦流見圖2)。在工件中電阻的作用下將電能轉變為熱能，使工件本身加熱。

　　3. 感應加熱的長處

　　如上所述，感應加熱是運用在金屬中發生的感應電流直接完結工件的加熱。該加熱辦法是一種非觸摸式加熱，其電熱轉化功率主要取決于金屬資料的磁導率和感應器(變壓器的初級線圈)與工件(變壓器的次級線圈)的耦合程度，即金屬的磁導率越高，熱轉化功率越高，感應器與工件的耦合越緊，熱轉化功率越高。

　　而一般的爐中加熱均需要有加熱源，經過加熱源的輻射、熱量在加熱介質中的對流，以及被加熱體的熱傳導三個進程完結金屬工件的加熱，其加熱功率是加熱源的能量轉化功率、熱量的對流功率和熱量在被加熱體中的傳導功率的歸納功率。相比之下，感應加熱具有如下長處：

　　(1) 沒有對流和傳導的加熱進程，在工件的內部直接加熱，加熱速度快。

　　(2)減少了工件在加熱進程中的氧化和脫碳。

　　(3) 節約能源，不需要爐中加熱時所需的加熱爐的預熱和升溫，可隨時開始和中止加熱，在非作業周期不需要堅持加熱爐的溫度。

　　(4)加熱時間短，出產功率高，有用地減少了工藝成本。

　　(5)可完結零件的部分加熱。

　　(6)設備的機械化、自動化程度高，占地面積少，可完結與自動化出產線的共線出產。

　　(7)作業環境清潔、安全、噪聲小，屬于環境友好型出產辦法。

　　(8)設備的故障率低，維護、維修、保養成本低。

　　二、感應加熱新技能及新工藝在轎車制作范疇中的運用

　　因為感應加熱技能具有上述許多長處，在現代轎車制作中廣泛用于鑄造加工中的黑色金屬及各種有色金屬的熔煉，壓力加工中的毛坯透熱，零件熱處理中的淬火、回火、正火及退火，焊接加工中的焊前預熱、焊后的焊縫去應力退火、有色金屬的釬焊，部件裝配進程中過盈配合零件的熱裝配、金屬制件與塑料件的熱組成，粘接涂膠進程中的感應加熱烘干及固化，以及外表防護中的非金屬粉末熱涂覆等。

　　1. 地道式感應加熱爐的運用

　　在轎車零部件鑄件的出產進程中，由美國Aj a xTOCCO、Inductotherm Group、德國INDUGA等國際出名感應加熱設備制作商所供給技能先進的地道式感應加熱爐已得到很多運用。

　　地道式感應加熱爐(見圖3)是用于金屬熔煉功率zui高的電爐之一，在國際先進的asp60高速鋼防銹好嗎有色及黑色金屬鑄造廠都可以見到。與螺線管辦法感應器的無芯感應加熱爐相比，它選用了一種地道辦法的帶有鐵芯的感應器，其作業原理就如同一個變壓器，該地道式感應器便是變壓器的初級線圈，坩堝內的熔融金屬便是變壓器的次級線圈。

　　因為感應器與熔融金屬的耦合較緊，加熱進程中功率因數很高，電能的運用率也非常高，可完結節約能源的方針;另外，因為電磁拌和的作用作用非常好，熔融金屬的成分均勻性也非常好，得到了用戶的高度認可。除用于一般的鑄造出產還可用于壓力鑄造的在線出產。

　　2. 金屬半固態成形中感應加熱技能的運用

　　跟著全球功能源危機，轎車輕量化顯得尤為重要，在轎車制作中鋁合金及一些輕合金的運用越來越多。為了進步這些輕金屬的強度，對鋁制零件的內在質量要求也越來越高，一種可以改善金屬內部安排結構的半固態成形技能得到了廣泛的運用。

　　美國的INDUCTOHEAT、AMERITHERM、ELECTROHEAT、BONE FRONTIER等公司介紹了感應加熱半固態成形技能(見圖4)。半固態成形的概念便是首要將制備好的坯料加熱到較低熔點的溫度，此時的安排狀況是細微球狀顆粒和液態的混合相，然后這種半固態的液體注入到成型的模腔中成形，在結晶進程中每個細微的球狀顆粒都可以作為一個晶核長大完結結晶進程，其zui終的安排結構是細密均勻的球狀安排，與傳統鑄造的樹枝狀結晶安排有很大差異。

　　之所以可以得到球狀安排，在加熱進程中需要運用拌和的手法，使半熔融金屬中的固態顆粒進行球化，且在液態中散布均勻。而用感應加熱辦法行將金屬加熱到所需的溫度，另外在交變磁場的作用下，還可以得到電磁拌和的作用，因而該技能廣泛用于電磁連鑄出產進程。該技能的長處有以下幾個方面：

　　(1)高效節能，易于完結機械化和自動化，出產進程安穩，質量一致性好。

　　(2)出產功率高，可以與壓鑄出產堅持同步。

　　(3)可以減少進入模腔的氣體，鑄件的縮孔、疏松等質量缺點少。

　　(4)鑄件的安排細密、均勻，強度有很大進步。

　　(5)混合液體的溫度較低，降低了對模具的熱沖擊，然后有用地進步了模具壽數。

　　3. 轎車齒輪仿形雙頻感應淬火技能的運用

　　齒輪輪齒在載荷的作用下，輪齒根部的彎曲應力zui大，同時在齒根部與輪緣的過度部分因為形狀和尺度的急劇改變發生應力會集。另外，因為在齒輪的嚙合進程中輪齒的觸摸面積很小(理論上是線觸摸)，在載荷的作用下，在齒面將發生很大的脈動改變的觸摸壓應力，所以齒圈的失效辦法主要是輪齒折斷、齒面損壞和塑性變形。

　　為了進步轎車齒輪的耐磨性和彎曲強度，要求齒輪的齒部外表和齒根外表具有較高的硬度和外表壓應力;而為了避免發生脆性斷裂，進步輪齒的韌性，心部硬度不易過高。目前廣泛用于轎車齒輪的熱處理辦法有滲碳淬火和氮化處理。

　　滲碳處理可以滿意上述功能要求，但存在出產周期長、功率低、熱處理變形操控困難，以及出產成本高等缺乏。氮化處理也存在出產周期長、功率低、出產成本高等缺乏，因為硬化層較薄，對進步耐磨性的作用較大，但對進步強度的作用則很小。

　　鑒于上述情況，美國的INDUCTOHEAT等公司介紹了齒輪單圈感應器雙頻感應淬火(single coil dualfrequency gear hardening)技能，該技能運用一個感應器，兩套感應加熱電源，其中一套頻率為10～25kHz ，功率依據齒輪的尺度和模數巨細確認，用于齒根部分的加熱，另外一套電源的頻率為150～350kHz ，功率依據齒輪的尺度和模數巨細確認，但該功率是較低頻率電源的2～3倍。

　　選用分時段加熱的辦法，首要運用較低頻率電源，比功率為2～4kW/cm2，將工件加熱至低于奧氏體化溫度50～100℃時立即中止加熱，改用另外一個頻率較高的電源給感應器供電，比功率為6～10kW/cm2用于加熱齒頂部分，瞬間使加熱溫度達到高于奧氏體化溫度80～100℃，中止加熱(見圖5)，并立即噴水冷卻，完結淬火進程，得到有用硬化層仿形散布的作用。

　　該技能運用一個感應器，一套頻率分別為10～25kHz和150～350kHz的雙頻感應加熱電源，功率依據齒輪的尺度和模數巨細確認，選用同時加熱的辦法，即在同一個感應器內通有上述兩種頻率的交變電流，比功率一般在15～20kW/cm2，依據零件的尺度和模數經過試驗確認，在極短的時間內(0.2～1.5s)完結齒根、齒面和齒根的加熱進程，并立即噴水進行冷卻，完結淬火進程，同樣得到有用硬化層仿形散布淬火的作用(見圖6)。

　　轎車齒輪仿形雙頻感應淬火技能長處是，加熱時間短，出產功率高，零件的淬火變形小，設備的占地面積少，出產環境清潔無污染，機械化、自動化程度高，可與其他加工設備共線出產。

　　4. 感應加熱技能在非金屬粉末涂敷中的運用

　　為了減小轎車傳動軸花鍵軸叉和花鍵套管間的摩擦系數，降低噪聲，進步整車的可靠性和耐久性，借鑒國外樣車的成功經驗，經對標剖析發現，在花鍵套管與花鍵軸叉的配合位置做了部分尼龍涂敷，選用的是熱涂敷工藝。用爐中加熱辦法存在以下缺乏：

　　(1) 需要將零件整體加熱，工藝周期長，為滿意出產節拍，設備占地面積大。

　　(2)只需要部分涂敷，其余部分要進行防護，導致工序雜亂。

　　(3)為了滿意工藝節拍的要求，確保零件到達涂敷工位的工藝溫度，需要工件有較高的過熱度，導致工件的外表氧化，降低涂敷資料和零件間的附著力， 影響涂敷質量。

　　為此，一汽集團公司運用感應加熱技能，運用感應加熱可以完結零件部分加熱的特色，選用合理的工藝辦法和工藝參數，嚴格操控加熱區域和加熱溫度，減少了零件在涂敷前的氧化，不需涂敷的部分大大低于工藝溫度，不用采取任何防護辦法。

　　設備的占地面積小，自動化程度高，可依據涂敷工序的時間合理安排感應加熱的節拍，并完結了在線出產，涂敷后實物見圖7。該工藝進步了出產功率，降低了能耗和工藝成本，改善了出產環境，取得了較好的經濟效益和社會效益，具有廣泛的推廣運用遠景。

　　5. 感應加熱技能在高強鋼板成形及熱處理中的運用

　　為了進步轎車車身的安全性及完結輕量化的方針，歐美及日本等轎車制作技能比較先進的各轎車廠家，爭相選用減薄高強鋼板，經過熱處理強化的辦法，進步車身結構件的強度。一般的做法是，運用為滿意車身板熱處理需求而開發的專用鋼板。

　　該資料應具有淬硬功能好、在高溫晶粒長大速度慢、安排細密等功能，在進行沖壓成形前使其在加熱爐中加熱到奧氏體化溫度以上50～80℃，然后快速送到模具內成形，運用帶有冷卻水道的模具使其敏捷冷卻到馬氏體相變點以下溫度，進行馬氏體轉變，完結淬火進程。

　　目前的加熱辦法一般選用帶有快速送料機構的縫隙式加熱爐進行加熱，為了減少加熱進程中的氧化，爐內還要用惰性氣體或維護氣氛加以維護。經這樣處理后的車身結構件(如A、B、C柱及副車架等，見圖8)的抗拉強度可以達到1300～1500MPa，進步近2～3倍，因而在完結了輕量化的情況下，大大進步了轎車的安全性。

　　據資料介紹，日本的高周波熱煉等公司運用感應加熱速度快的特色，成功開發了用感應加熱代替廣泛運用的爐中加熱新技能。該技能具有加熱速度快，電熱轉化功率高，設備占地面積少，機械化和自動化程度高，以及可以與出產線共線出產等長處，并在出產中得到運用。

　　三、結語

　　跟著中國經濟的高速開展和對環境維護的高度重視，在全球功能源嚴重的布景下，節能、環保是轎車制作業要面對的兩個非常重要的現實問題。作為一種高效、污染小的加熱辦法，感應加熱技能在轎車制作范疇將會得到越來越廣泛的運用。

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