淬火工艺规范：匝比选择及电容量选配

1.淬火加热温度

可参照本章3.1.2节高频感应淬火的加热温度确定原则选定。

2.加热时间

可参照本章3.1.2节高频感应淬火的加热时间确定原则选定。

表3-18为设备频率为8kHz圆柱外表面加热时，根据淬硬层深度选择加热时间与比功率。

表3-18 设备频率为8kHZ圆柱外表面加热时，根据淬硬层深度选择加热时间与比功率

表3-19 设备频率为2.5kHZ圆柱外表面加热时，根据淬硬层深度选择加热时间与比功率

表3-19为设备频率为2.5kHz圆柱外表面加热时，根据淬硬层深度选择加热时间与比功率。

图3-2为加热时间（实线）、比功率（虚线）与工件直径D的关系。

图3-2 加热时间（实线）、比功率（虚线）与工件直径D的关系

a）频率为8000Hz b）频率为2500Hz

3.电参数

主要介绍晶闸管（SCR）中频感应加热电源。

（1）输出功率　逆变电路输出功率可近似用基波计算求得，即

式中 U₁———谐振回路两端电压u_AB的基波电压u₁的有效值；

I₁———基波电流i₁的有效值；

U₀———直流电压；

I₀———直流电流；

cosφ———功率因素。

考虑到逆变器工作时，存在导通、换相等损耗，其转换效率约为93％～95％。此外，整流电路、控制电路、其他辅助电路等的损耗，以及工频交流侧功率因数的原因，导致电源装置的整机效率大约为70％～77％。这些在选择电源时必须予以考虑。

（2）加热时需设备输出的功率　由工件被加热表面积及选用的比功率大小来确定，即

P＝AP₀／η_总

式中 A———工件被加热的表面积（cm²）；

P₀———比功率（kW／cm²）；

η_总———设备的整机效率，对晶闸管（SCR）中频感应加热电源，可按74％考虑。

（3）比功率

1）表面连续加热淬火件，一般选取在0.8～4.0kW／cm²。

2）同时加热淬火件，一般选取在0.3～2.0kW／cm²。

3）对于工件加热表面积较大，而设备输出功率不能满足要求时，可将工件先经300℃左右预热后，再用低的比功率，较大的单位电能量进行加热。表3-20为中频感应淬火淬硬层深度与比功率的关系。(www.xing528.com)

表3-20 中频感应淬火淬硬层深度与比功率的关系

（4）选择合适的变压比和适量的电容量　要获得设备最大输出功率，必须选择适当的变压比（匝比）和电容量。表3-21为淬火变压器匝比选择和电容量选配。

表3-21 淬火变压器匝比选择和电容量选配

注：1.当感应器高度增加时，匝比应作适当增加。

2.不同的变压器型号，表中数据可作适当调整。

3.匝比选择合适，所需设备输出功率可升至额定值；如果匝比不合适，不是电压、就是电流将是很小，因而功率调不大。

4.电容量的选配，主要是使功率因数cosφ超前0.9至滞后0.95之间。

4.电参数调整

（1）机式中频发电机组电参数调整

1）当要求设备输出最大功率时（感应器中必须放入工件）。接入电容器总容量的30％～40％；调节激磁，使设备输出端电压升至额定值的一半左右；接通加热1～2s，观察电压表和功率因数表变化。当电压下降，功率因数滞后时，应增加接入电容数；当电压升高，功率因数超前时，应减少接入电容数，调整电容至功率因数超前0.9至滞后0.95之间（cosφ＝＋0.90～－0.95之间，以容性0.90～0.95为佳）。

增加激磁电流，观察电流表、电压表、功率因数表的变化。如果预选的匝比合适，功率将升至最大值，达到设备额定输出功率；预选的匝比不合适时，则功率达不到额定值，这时，可根据电流表的变化，重选匝比。

当电流达到额定值，而电压很小时，应增大匝比（即增大初级线圈匝数）；当电流很小，而电压达到额定值时，应减少匝比（即减小初级线圈匝数）。

匝比改变后，功率因数将随之发生改变。这时，需重新选配电容，再使功率因数达到超前0.9至滞后0.95之间。此时，所获得的各项电参数是最大功率的电参数。

2）当不要求设备输出最大功率时，则匝比可不必严格选择，但电容量仍需严格选配，以保证功率因数在超前0.9至滞后0.95之间。

（2）晶闸管（SCR）中频感应加热电源电参数调整　其调整与机式中频发电机组相似，主要是选择合适的变压比和接入适量的电容。调整时要求电流频率不超过极限值，设备不过载；而且逆变器与负载要相匹配，以使电源能输出全功率。负载匹配可参见表3-22。

表3-22 晶闸管感应加热电源负载匹配

固态电源调整时，频率会根据负载情况而变动，这是与机式中频发电机组所不同的。

当频率高于上限时，要增加电容或增加一次圈匝数，当频率低于下限时，要减少电容或减少一次圈匝数。

调整可按以下步骤进行：先接入部分电容，在感应器接头处，用电感电桥测量线圈电感，用公式计算变压比，按设备淬火变压器的变压比分档，找出最近似的变压比进行试调。由于现代感应淬火设备采用CNC控制，在电规范调整方面，有些控制系统中没有菜单，使电规范的调整更加简便。

5.淬火冷却方法

可参照本章3.1.2节高频淬火工艺规范中淬火方法进行。

6.淬火介质及冷却时间

可参照本章3.1.2节高频淬火工艺规范中淬火介质及冷却时间进行。

7.操作注意事项

除参照本章3.1.2节高频淬火工艺规范中操作注意事项有关部分外，还应注意以下方面：

1）加热过程应随时观察各仪表的工作状态是否正常。cosφ超前0.9（0.9～1.0）以上为佳，不得低于0.85。

2）停止加热前，不允许从感应器中取出工件。

3）停机应严格按照操作步骤进行。