作者：John Chesna，美国感应工具有限公司总经理
感应热处理：没有刺激性的化学物质和气体，甚至没有二氧化碳排放。但是，如果想这样做，热处理企业首先应当知道怎样提前做好感应设计和制造项目的计划。在深入接触感应技术之前，您必须考虑5个重要方面。
前言
在制定执行感应项目的计划和进行准备的时候，有许多不太明显的因素需要考虑。那么，应当从哪里入手呢？为了成功地设计和准备实施感应热处理项目，自行开展热处理的制造商应当了解5个重要的方面。
但是，首先，什么是感应热处理？感应热处理是一种使用高频导体（感应体）在导电工件内感应产生电流（涡流电流）的工艺。在不与工件接触的情况下，产生的电流和存在的电阻引起热量产生。
自从在二战前后被证明有用以来，感应热处理已经在包括农机、医疗和运输等在内的许多行业得到广泛应用。
如今，绝大多数行业似乎都在采用感应热处理技术，而随着“绿色”和“清洁”能源的使用越来越多，它很可能会变得越来越普及。
一、感应体的磨损
感应体/线圈是一种消耗件，这是执行感应项目必须了解的最重要的方面之一。它可以专门设计，手工制作，精心加工，甚至三维打印。但是，在整个工艺系统中，它仍然属于消耗件，即需要修理或更换。在感应工艺过程中，感应体暴露在最恶劣的条件下，可能会因为正常使用、意外事故或不可预见的情况而损坏。
感应体设计人员始终面临着这样一个挑战：怎样让感应体延长寿命，减少维修，或者使用更多次数。所有这些目标都能够达到，但感应体最终将需要更换，而且这并不是一件坏事！
经过适当维护和修理的感应体能够确保优质部件的生产。随着感应体逐渐磨损，效率不断降低，最终会产生不希望的结果。对感应体进行修理能够解决这类问题，保证恢复到执行期望的热处理模式所需要的参数。
一个好的作法是，根据生产的需要在手边准备不止一个感应体，以便在一个感应体需要修理时能将备用感应体安装到感应设备上，从而保持连续生产。在这方面作好计划对项目的时间安排和预算都很重要。
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二、感应体的设计类型
为了达到最佳的部件加热效果，必须确定一种合适的感应体设计。感应体在工件内产生磁场，原则上感应体的形状要同部件上希望热处理的部位相吻合。
另外，如果热处理工艺需要淬火，这一功能将在感应体设计中得到考虑。感应体的设计不仅一定要满足向工件提供电能和淬火介质的要求，而且要能够接近以执行物料输送操作。
由于这个原因，感应体有很多不同的设计。常见的感应体设计包括：
1）饼式：用于平面的加热
2）单匝或多匝：通常用铜管制成，环绕在圆柱形工件周围
3）发夹式：通常是简单的来回循环的回路，用来在工件内部或外部加热较长的区域
4）分相回流式：用来将能量集中在工件的特定区域
5）MIQ(机加工整体淬火式)：感应扫描最常用的设计温度稳定和气氛纯净。
图1. 饼式感应体及其支架
图2. 多匝感应体(6匝)
图3. 配备可拆卸淬火板的MIQ(机加工整体淬火式)扫描感应体
三、功率和频率
要知道电源和/或工作头的功率和频率。
根据拟处理部件的成分，感应设备的功率和频率可以帮助估计能够达到的硬化深度，并且帮助确定感应加热部件的处理是否成功。带有点、孔或锐边的不规则形状有时会对感应加热所需涡流的产生造成困难。经过检查，有些部件虽然可以进行感应热处理，却不能采用现有的电源和/或工作头设置达到满意的效果。
如果是为现有的感应设备制作感应体，就一定要知道该设备目前正在或预计将要处理的部件的类型。电源、工作头和感应体所构成电路的负载必须同部件相匹配。如果处理的部件种类多样，那么可能需要使用多个类型的感应体。
感应设备使用不同的感应体设计，比如单匝、多匝或分相回流式，将会改变系统变压器的作用和电容器的要求。调节电容和电感的能力对系统运行至关重要。请注意，电容的调节可能有危险，只应由受过训练的技术人员来执行。新式电源的功能与旧型号不同，负载的调节也需要考虑。
四、部件的详细信息
进行感应热处理之前需要一份详细的资料。资料应当列出拟处理材料的数据和期望的热处理模式，以确定感应体的设计。因为资料中指明了模式，它也应当给出极限值。
然后，通常根据部件的形状来设计感应体。感应体可能需要配备整体淬火、绝缘防护涂层或定位器，或者根据部件的尺寸配备额外的夹具。针对一种部件制作的感应体可能也会用于或者尝试用于另一种类似的部件。
不过，在用于不是针对设计的部件时可能达不到同样的效果。如果制造商知道将要处理某个类型的部件，那么，部件的整个范围都应当告知感应体设计人员，以便他们在制作前予以考虑。
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五、物料输送装置
在理想情况下，针对一种部件开发感应热处理工艺时应当同感应体供应商取得联系，然后将相关信息告知物料输送装置设计人员。这是最好的作法，但人们往往并不这么做。
有时，感应系统被设计用来处理的部件不再生产，所以系统会被改造以处理不同的部件。新感应体的设计需要适应这种现有的系统，因此感应体的设计可能会在尺寸方面受到限制。
连接方式，即感应体在工作头上的安装方式，也需要确定。原始设备制造商为市场提供了许多常用的电源和工作头。由于每家制造商都在它们生产的设备上采用它们自己的连接标准，所以市场上并没有一个统一的标准。当连接方式确定后，就能以最大限度提高功率输送效率为原则进行感应体的设计。
部件和感应体之间的关系也很重要。描述感应体和被处理部件之间相对位置的中心线距离必须知道。中心线确定了感应体需要达到的长度，也间接确定了感应体设计的空间。
结论
由于需要考虑的因素很多，没有任何两个项目会完全相同。感应加热是一种激动人心的技术，我建议每个人都更多地了解它。
（照片来源：感应工具有限公司）
作者简介：
John Chesna是感应工具有限公司总经理，进入感应热处理行业已超过8年。他毕业于阿克伦大学，拥有机械工程专业理学学士学位。他的职责是管理日常运营，包括感应热处理用感应体的设计、制造和测试。另外，John还在2022年荣获；美国《Heat Treat Today》杂志评选的北美地区40位40岁以下新秀榜人物奖。如需了解更多信息，请联系John：jchesna@inductiontooling.com.
备注：本文刊登在2023年8月新钢文化出版的《Industrial Heating》热处理会刊上。
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