高频及感应加热技术目前对金属材料加热效率最高、速度最快，且低耗环保。它已经广泛应用于各行各业对金属材料的热加工、热处理、热装配及焊接、熔炼等工艺中。它不但可以对工件整体加热，还能对工件局部的针对性加热；可实现工件的深层透热，也可只对其表面、表层集中加热；不但可对金属材料直接加热，也可对非金属材料进行间接式加热。等等。因此，感应加热技术必将在各行各业中应用越来越广泛。高频是指频带由3MHz到30MHz的无线电波。HF多数是用作民用电台广播及短波广播。其对于电子仪器所发出的电波抵抗力较弱，因此经常受到干扰。

简介

用感应电流使工件局部加热的表面热处理工艺。这种热处理工艺常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有时也用于整体淬火和回火。20世纪30年代初，美国、苏联先后开始应用感应加热方法对零件进行表面淬火。随着工业的发展，感应加热热处理技术不断改进,应用范围也不断扩大。

基本原理

将工件放入感应器(线圈)内，当感应器中通入一定频率的交变电流时，周围即产生交变磁场。交变磁场的电磁感应作用使工件内产生封闭的感应电流——涡流。感应电流在工件截面上的分布很不均匀，工件表层电流密度很高，向内逐渐减小,这种现象称为集肤效应。工件表层高密度电流的电能转变为热能，使表层的温度升高，即实现表面加热。电流频率越高，工件表层与内部的电流密度差则越大，加热层越薄。在加热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却，即可实现表面淬火。

分类

根据交变电流的频率高低，可将感应加热热处理分为超高频、高频、超音频、中频、工频5类。①超高频感应加热热处理所用的电流频率高达27兆赫，加热层极薄，仅约0.15毫米，可用于圆盘锯等形状复杂工件的薄层表面淬火。②高频感应加热热处理所用的电流频率通常为200～300千赫，加热层深度为0.5～2毫米,可用于齿轮、汽缸套、凸轮、轴等零件的表面淬火。③超音频感应加热热处理所用的电流频率一般为20～30千赫，用超音频感应电流对小模数齿轮加热，加热层大致沿齿廓分布，粹火后使用性能较好。④中频感应加热热处理所用的电流频率一般为2.5～10千赫，加热层深度为2～8毫米，多用于大模数齿轮、直径较大的轴类和冷轧辊等工件的表面淬火。⑤工频感应加热热处理所用的电流频率为50～60赫，加热层深度为10～15毫米，可用于大型工件的表面淬火。

特点和应用

感应加热的主要优点是

①不必整体加热，工件变形小，电能消耗小。 

②无公害。 

③加热速度快，工件表面氧化脱碳较轻。

④表面淬硬层可根据需要进行调整，易于控制。 

⑤加热设备可以安装在机械加工生产线上，易于实现机械化和自动化，便于管理，且可减少运输，节约人力，提高生产效率。

⑥淬硬层马氏体组织较细，硬度、强度、韧性都较高。

⑦表面淬火后工件表层有较大压缩内应力，工件抗疲劳破断能力较高。

感应加热热处理也有一些缺点

与火焰淬火相比，感应加热设备较复杂，而且适应性较差，对某些形状复杂的工件难以保证质量。 

感应加热广泛用于齿轮、轴、曲轴、凸轮、轧辊等工件的表面淬火，目的是提高这些工件的耐磨性和抗疲劳破断的能力。汽车后半轴采用感应加热表面淬火，设计载荷下的疲劳循环次数比用调质处理约提高10倍。感应加热表面淬火的工件材料一般为中碳钢。为适应某些工件的特殊需要，已研制出供感应加热表面淬火专用的低淬透性钢。高碳钢和铸铁制造的工件也可采用感应加热表面淬火。淬冷介质常用水或高分子聚合物水溶液。

设备

感应加热热处理的设备主要由电源设备、淬火机床和感应器组成。电源设备的主要作用是输出频率适宜的交变电流。高频电流电源设备有电子管高频发生器和可控硅变频器两种。中频电流电源设备是发电机组。一般电源设备只能输出一种频率的电流,有些设备可以改变电流频率，也可以直接用50赫的工频电流进行感应加热。 

电源设备的选择与工件要求的加热层深度有关。加热层深的工件，应使用电流频率较低的电源设备；加热层浅的工件，应使用电流频率较高的电源设备。选择电源设备的另一条件是设备功率。加热表面面积增大，需要的电源功率相应加大。当加热表面面积过大时或电源功率不足时，可采用连续加热的方法，使工件和感应器相对移动，前边加热，后边冷却。但最好还是对整个加热表面一次加热。这样可以利用工件心部余热使淬硬的表层回火，从而使工艺简化，还可节约电能。

感应加热淬火机床的主要作用是使工件定位并进行必要的运动。此外还应附有提供淬火介质的装置。淬火机床可分为标准机床和专用机床，前者适用于一般工件，后者适用于大量生产的复杂工件。

进行感应加热热处理时，为保证热处理质量和提高热效率，必须根据工件的形状和要求，设计制造结构适当的感应器。常用的感应器有外表面加热感应器、内孔加热感应器、平面加热感应器、通用型加热感应器、特型加热感应器、单一型加热感应器、复合型加热感应器，熔炼加热炉等。

高频控制板

高频大功率感应加热装置，多年来一直采用电子管做为开关器件。由于电子管寿命短、效率低(50%-70%)负载稳定性差，在轻载运行过程逆变器输出电压出现间歇式振荡(电压型逆变器)，因此在高频大功率场合采用IGBT半导体器件代替电子管器件势在必行。采用IGBT半导体器件的感应加热装置具有效率高、电路简单。制造和使用都较方便，采用IGBT大功率感应加热电源对工件具有升温快，易于控制，养化脱碳少工艺质量可靠。因此采用IGBT来实现大功率感应加热电源是明智的选择。我公司生产的KS系列和KP系列高频感应加热控制板具有数字触发，免调试，脉冲失真度低，抗干扰能力强，控制集中化，动态响应速度快，多种状态保护指示。 

高频感应加热主控制板，主要采用SG3525A作为PWM脉冲形成，输出脉冲频率范围20KHZ—60KHZ,脉冲间隔互为180度，死区时间可以自行调整。可适用于IGBT全桥逆变串联谐振感应加热装置用斩波器调压调功。功率范围：15KW-120KW,该控制板接线少，控制集中，无须调试，工作电源电压为三路交流双18V/1A及四个22V/0.5A的电源为全桥逆变IGBT驱动电路提供电源。具有过流，过压，缺水，高频，低频，多种状态指示，并提供开关型霍尔保护接口，此板可配合斩波器板和驱动板组装IGBT高频感应加热装置。

高频时常规变换变压器存在的问题

（1）漏电感（简称漏感） 

理想的变压器（完全耦合的变压器）原边绕组产生的磁通应全部穿过副边绕组，没有任何损失和泄漏。但实际上常规的变换变压器不可能实现没有任何损失和泄漏。原边绕组产生的磁通不可能全部穿过副边绕组。非耦合部分磁通就在绕组或导体中有它自己的电感，存贮在这个“电感”中的能量不和主功率变压器电路相耦合。这种电感我们称之为“漏感”。理想变换器对绝缘的要求和为了要得到很低的电磁干扰（EMI）而需要很紧的电磁耦合以减小漏感的要求，是相互矛盾的。

当变压器不通电（转向脱离电源或开关处于关断期间）时，漏感存贮的能量要释放出来形成明显的噪音。在示波器上能看到此噪音的高频尖峰脉冲波形。高频尖峰脉冲波形的幅值Uspike和漏感Lleak与电流相对时间变化率的乘积成正比。即： 

|Uspike|=Lleakdi/d

当工作频率升高，电流相对时间的变化率也就增加。漏感的影响将更严重。漏感的影响和变换器的开关速度成正比。漏感产生过高的尖峰脉冲会损坏变换器中的功率器件并形成明显的电磁干扰（EMI）。为了降低漏感产生的尖峰脉冲幅值Uspike，而在变换器电路中必须加入缓冲网络。但缓冲网络的加入，会增大变换器电路的损耗。使变换器电路随工作频率提高，损耗增加，效率降低。 

（2）绕组间电容

当变压器的绕组是多层绕组时，则顶层绕组和底层绕组之间就有电位差。两个导体之间有电位差，就存在电容。这个电容就称为“绕组间电容”。当工作在高频时，这个电容会以惊人的速率进行充电和放电。电容充电和放电过程中会产生损耗。在给定的时间内，它充电和放电的次数愈多，损耗就愈大。 

（3）趋肤效应

（4）邻近效应

（5）局部过热点

常规的变换变压器工作在高频时，其磁芯中部会有局部过热点。因此，为了减小热效应，常规变换变压器的工作频率提高时，就必须相应地减小其磁通密度，增大其体积。这就使得无法用它去做高功率密度的电源。

对于低输出电压理想型变换器来说，它的降压比是很高的。用常规变换变压器时，通常1匝输出绕组，大约需要32匝原边绕组。这样，原边绕组就需多层布置，因而漏感和绕组间电容大、趋肤效应和邻近效应严重等不利因素在变换变压器中都存在。