PDF《感应热处理技术的进展》

感应热处理技术的进展 陈永勇 (四川成都四川齿轮厂,四川 610208) 摘要:感应热处理的发展已经由过去机械式中频发电机组向晶体管中频电源发展;

对 于集大电流、高耐压和高频特性于一体的固态电路,晶体管成为很有发展前途的功率电 子器件.

功率半导体器件在今后将向着大容量化、高频化、驱动简单、低导通压降、模 块化和功率集成化方向发展. 淬火机床的发展采用变频调速电机, 步进电机或伺服电机, 通过滚珠丝杆传动,移动速度均匀、精确.使用计算机进行控制的自动淬火机床,屏幕 显示工作状况,同时可故障报警或故障诊断.能量监控系统,工件加热温度的监控,采用PLC 与NC 控制已带普遍性. 关键词:感应热处理;

晶体管;

淬火机床;

感应加热工艺 第九次国际电工双年会上,纵向感应加热淬火被认为是

25 年来感应加热技术的最 大进步. 当时在我国科技界对此技术还未掌握, 对台阶轴的淬硬层还被允许是不连续的. 大直径与小直径之间允许有淬硬层中断过渡区,也就是允许有一不淬硬区域(软带) . 当时使用的感应加热设备,高频感应加热设备还是电子管高频设备;

中频感应加热设备 则是机械式中频变频机组.淬火机床大部分为液压传动机构和少部分机械传动机构.感 应加热设备和淬火机床的控制系统则大部分还是继电器控制. 进行感应加热的感应器主 要为聚焦式,用周向加热或直线式有效圈加热工件.感应加热设备、淬火机床、感应器 等还没有感应加热成套装置生产厂家.配备感应加热成套设备加热电源、机床、附属设 备需用户分头选购.感应器由用户自行设计制造,感应器夹头损耗大、效率低,与发达 国家相比差距较大.近几年,我国感应加热技术有了较大的发展,与发达国家的差距已 经缩小.

1、感应加热电源的发展 感应加热电源的发展很快.长期使用的机械式中频发电机电源由于效率低(70%~ 85%) ,已被逐步淘汰出感应加热范围,取而代之的是晶闸管中频电源.晶闸管电源频 率在 1kHz~8kHz,同时还有宽频带中频,适用范围大大扩展.80 年代发展起来的新型 感应加热电路 IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor 双极晶体管门电路) ,由于将 MOSFET 和GTR 两者优点集于一身, 因此发展很快, 比晶闸管电源更节约能源 (10%) , 调节性能好,近年有取代部分晶闸管电源的趋势.国内有 200kW、50kHz 的电源设备. 美国这种电源设备可达 300kW、80kHz. 电子管高频加热电源效率低、危险性大、控制不稳定.目前发展起来的场效应晶体 管电路 MOS-FET(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTran-sistor)是一种电压型高频 多数载流子器件. 随着 VMOS 技术移植到 MOS 功率器件后开始进入大功率领域, 产生 了垂直导电型 MOSFET(简称 VMOS) .目前 MOSFET 耐压为 1000V 以上,电流为数 百安培,而且 VMOS 管中没有电子存储延时效应,其中的载流子运动又为快速的漂移 运动,因而具有良好的高频特性,使MOSFET 更加有效的应用于工业、商业等各方面. SIT(StaticInductionTransistor)静电感应晶体管电源,集大电流、高耐压和高频特 性于一体,成为很有发展前途的功率电子器件.SIT 大功率(最大功率可达 400kW)高 频逆变器,将取代电子管振荡型高频电源.SIT 电源国内已生产多年,功率可达到 300kW,频率可达 200KHz-300kHz,耗散功率 3kW.由于有较大的通态压降,又是一 种常通器件, 所以不适合大部分电力电子技术的应用场合, 但是由于其开关频率非常高, 很适合于高频感应加热、调幅/调频及超声波发生器. SITH是70年代提出, 80年代发展起来的功率半导体器件, 目前研制出2000A/4000V 的水平.已用于高频感应加热、高频 DC/DC 变流器和无噪声 PWM 逆变器. MOSFET 场效应晶体管电路、 SIT 静电感应晶体管电源等固态电源电路与电子管振 荡式高频电源比较,全固态电源有如下优点: (