1 前言
感應(yīng)熱處理具有加熱速度快、節(jié)約能量、不氧化脫碳、不污染環(huán)境以及生產(chǎn)效率高等多方面優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)越性為熱處理工作者廣泛認(rèn)同，因此近十幾年來發(fā)展很快。當(dāng)然這一實(shí)際需求，也大大促進(jìn)國(guó)產(chǎn)感應(yīng)熱處理設(shè)備的發(fā)展和技術(shù)提升。以長(zhǎng)春的“中國(guó)一汽”為例，該公司擁有感應(yīng)熱處理設(shè)備近100多臺(tái)，其中近十年新增或更新的設(shè)備就有50臺(tái)，幾乎全部是可控硅中頻設(shè)備和IGBT超音頻設(shè)備�，F(xiàn)在“一汽”的中型卡車的感應(yīng)熱處理零件重量以達(dá)到291.3kg，占全部熱處理零件的52%，感應(yīng)熱處理真正地挺起了熱處理的半壁江山。
2 我國(guó)早期的感應(yīng)熱處理設(shè)備情況
50年代初、中期隨著“一汽”和“一拖”的建設(shè)，從蘇聯(lián)引進(jìn)一批高、中頻熱處理設(shè)備，總共20臺(tái)左右，另有極少數(shù)的捷克設(shè)備。國(guó)人從此認(rèn)識(shí)了感應(yīng)熱處理。50年代末期國(guó)內(nèi)有幾家工廠先后開發(fā)了高、中頻電源設(shè)備，如天津廣播器材廠和北京廣播器材廠開發(fā)了電子管高頻設(shè)備；湘潭電機(jī)廠和錦州電機(jī)廠開發(fā)了機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)；大約60年代中期天津勞動(dòng)局技工學(xué)校（后來的天津第九機(jī)床廠）開始生產(chǎn)簡(jiǎn)易的淬火機(jī)床[1]。他們開啟了我國(guó)自行研發(fā)和生產(chǎn)感應(yīng)熱處理設(shè)備的先河。
3 目前我國(guó)感應(yīng)熱處理電源設(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展
中、高頻電源設(shè)備是感應(yīng)熱處理的關(guān)鍵設(shè)備。目前我國(guó)熱處理行業(yè)除最古老的火花間隙式高頻電源沒有使用外，其他幾種電源都在使用，其中機(jī)式中頻發(fā)電機(jī)和電子管式高頻電源盡管落后，在某些地區(qū)或工廠，仍是主力生產(chǎn)設(shè)備�，F(xiàn)就各種電源的優(yōu)缺點(diǎn)介紹如下：
3.1 機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)
機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)大約在1920年研發(fā)成功，當(dāng)年美國(guó)俄亥俄州的克拉克公司首先將其用于曲軸軸頸的淬火，這是最早用于工業(yè)生產(chǎn)的中頻電源。它的最大優(yōu)點(diǎn)是耐用，除工作幾年要更換軸承外，幾乎不需要維修保養(yǎng)。它的缺點(diǎn)是頻率固定，使用范圍受到限制；占地面積大；噪音大；耗水量大；電效率較低，約為70~75%左右[2]。
2.2 電子管高頻電源
電子管高頻電源大約誕生于1930年左右。它的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)諧簡(jiǎn)單、使用方便，盡管頻率高（后開發(fā)出超音頻），應(yīng)用范圍還是較寬的（在不講究加熱效率的情況下）。它的主要缺點(diǎn)是電效率低，約為50%左右；工作電壓太高，安全性差；單機(jī)功率小等[2]。
2.3 晶閘管（SCR）式中頻電源
晶閘管（SCR）中頻電源亦稱可控硅中頻電源，這種電源國(guó)際上約在1970年左右研制成功，并開始大量使用。我國(guó)約在80年代研制成功并開始試用。90年代初完全成熟，某些技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。感應(yīng)淬火用的晶閘管中頻電源頻率一般為2.5~8kHz。它與機(jī)式中頻相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕；無機(jī)械運(yùn)動(dòng)，噪音小；啟動(dòng)停止方便，頻率可以根據(jù)零件需要調(diào)整，并在運(yùn)行中自動(dòng)跟蹤，保持在最高的功率因數(shù)下運(yùn)行；安裝容易，不需要特殊基礎(chǔ)；淬火設(shè)備的單機(jī)功率可達(dá)1000kW；電效率可達(dá)90%[2]。
2.4 晶體管超音頻和高頻電源
晶體管超音頻和高頻電源一般指：（1）IGBT超音頻電源、MOSFET高頻電源和SIT高頻電源。晶體管超音頻和高頻電源國(guó)際上大約在20世紀(jì)70年代中后期先后開發(fā)成功。我國(guó)在90年代開發(fā)成功。目前國(guó)產(chǎn)IGBT電源已很成熟，我公司生產(chǎn)的IGBT電源的某些指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平：頻率8~50kHz功率可達(dá)500kW、頻率50~100kHz功率可達(dá)200kW。國(guó)產(chǎn)MOSFET做到200kHz、100kW。SIT高頻電源國(guó)內(nèi)已生產(chǎn)了幾十臺(tái)，但由于備件缺乏，已經(jīng)逐漸報(bào)廢。SIT電源因單管功率小等缺點(diǎn)很難克服，國(guó)外公司已經(jīng)停止研發(fā)和生產(chǎn)。晶體管電源優(yōu)點(diǎn)與晶閘管電源的優(yōu)點(diǎn)相同或相近，但其頻率可做到幾百千赫�，F(xiàn)用下表對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)：
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機(jī)式中頻發(fā)電機(jī) |
電子管高頻電源 |
晶閘管中頻電源 |
晶體管高(超音)頻電源 |
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頻率(kHz) |
1~10 |
35~500 |
1~10 |
4~200 |
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單機(jī)容量(kW) |
10~250 |
2~350 |
10~1000 |
10~500 |
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頻率是否變化 |
不變 |
自激式變化 |
可變 |
可變 |
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輸出功率調(diào)整法 |
調(diào)激磁電壓 |
調(diào)陽極電壓 |
調(diào)直流電壓 |
調(diào)直流電壓 |
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頻率轉(zhuǎn)換效率 |
70~75% |
50% |
可達(dá)90% |
可達(dá)90%以上 |
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消耗品 |
軸承 |
電子管 |
無 |
無 |
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安裝面積 |
大 |
中 |
小 |
小 |
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單次修理時(shí)間 |
長(zhǎng) |
短 |
短 |
短 |
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能否并聯(lián)運(yùn)行 |
能 |
不能 |
能 |
能 |
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淬火層深度 |
3~10mm |
1~3mm |
3~10mm |
1~10mm | |
