（保定四方三伊电气有限公司 河北保定 071000）
摘要：为了减少器件的耗损，降低对操作者的伤害，固态高频感应加热设备逐渐替代了电子管高频感应加热设备，并且在上海已经获得了一定的成效，它的体积小，还具有节能等方面的优点。在负载较轻的时候，电子管高频设备与固态高频设备都能够对零件进行表面淬火，但是当负载加大的时候，固态高频设备显然优于电子管高频设备。本文将从比较两者的运行参数以及固态高频设备的结构特点和应用于实际进行分析阐述。
关键词：固态高频感应加热设备；电子管高频；淬火加热
前言
随着经济和科技的快速发展，为了满足我国日益增长的发展需求，关注大功率半导体器件和电子技术的发展就成为了一种必然趋势。新一代晶体管式固态高频感应加热设备是我国在这一方面达到先进水平的标志。由于它采用了大功率电子器件，所以它具有高频率启动，而且它的体积小，质量轻以至于便于移动且占地面积小，在使用之前不用进行预先的加热，且可靠性高，工作时使用的电压低，所以整个机器的寿命就会很长。与之相比的电子管高频加热设备工作职责是电压高，而且需要预先的加热，工作效率低，占地面积大，也就是体积大，使用寿命短，存在一定的安全问题。
一、比较电子管高频感应加热设备和固态高频感应加热设备的运行参数
经过实验对比，在额定功率100KW的情况下，电子管高频电源的配电容量是180kVA，高频电压是上万伏，电流的频率在200~250kHz,冷却剂用量是22m3/h,需要开机预热一小时,而且辐射大,存在直流高压，所以危险系数高;而固态高频电源的配电容量是120KVA，高频电压在500V,电流频率在120~250kHz,冷却机用量是15m3/h,不需要开机预热，而且辐射小,不存在直流高压，所以危险系数就低[1]。两者相比，在同等功率，电流频率范围差不多的情况下，固态高频电源比电子管高频电源更安全，辐射小，能够减少对人体的危害，而且不需要开机预热就节约了时间，减少了冷却剂的使用量达到节能的目的。
二、固态高频感应加热设备的结构特点
1、固态感应电源。固态感应电源比其他的电源反应更迅速准确，所采用的谐振回路也更可靠，对机体和人都具有保护作用。在并联式谐振回路上采用了模块式的设计，提高了功率，适用性增强[2]。即使当某个部分出现了故障，也不会影响到运行，故障的部分会从串联回路上断开，避免设备停机，而且维护工作也简单方便。之前采用水冷磁芯变压器作为电源的输出变压器，主要是看它的散热效果好，效率高，但是在调试时发现它不适用于现在大部分的设备，现如今大部分的设备最高电压基本在五百伏，变压器的电压只是在两百伏。而且高频逆变能量输出不能将所获得的能量完全转化为输出，当功率增大的时候，磁芯会发热进而变黑，不能够满足使用的要求。为了解决这一问题，需要将电源输出变压器采用空心变压器，才能使能量的完全转化输出。
2、控制系统。主控单元版作为控制系统的核心部分，具有接收输入信号和反馈信号的功能，形成一个闭环，从而调节输出。而且它能够监控冷却水的温度、压力，以及对故障的监控。检测是否具有故障监控功能，只需要加入少量的水到循环箱中，并同时开启冷却循环系统，如果指示灯亮起了，也就表明了设备的加热功能不能够使用。这极大的保障了设备和操作者的安全，而且控制方式可以是内部的，也可以是外部的，使操作变得极为的便利。
3、淬火机床。现如今大部分的这类机床都是手动式的，是根据需要在原有的设备上重新设计改造而成的。采用不锈钢原料作为槽体，因为它结实耐用，不容易被锈蚀。
工作载台采用的是手动可伸缩的，以至于它能够与感应圈相配合。为了使弓箭的移动更加的平稳，更加的均匀，可以采用自动配重系统。采用的水槽是循环的，具有排水的功能。这种类型的机床适合对批量小，工艺要求繁杂的零件进行感应淬火，比较安全高效。
4、感应圈输出部分。感应圈可以前后左右手动进行调节，安装比较方便，而且能将它根据工件的位置进行微调，使得电与冷却水的对接良好[3]。但是要注意微调的距离不能超过50毫米。具体还要根据制作工件的形状尺寸来进行使用。同时为了检测设备是否能够适用，在调试时选择加工频次都比较高的，尺寸最小和最大的两种工件，选择单匝圆形感应圈。在测试时我们能够发现最小的工件，即使在间隙偏大的情况下，加温后的温度依然能够达到800~900摄氏度，加热后的电流频率在132kHz左右。由于负载较轻，所以设备能够满足生产的需要。但是当对最大工件进行测试时，由于初次的间隙在5毫米，所以达不到预先的要求，只能加热到650摄氏度，也就是工件变得暗红色时，电流输出少，大部分的电流都被磁滞所消耗了，匹配性比较差。但如果选用间隙为2~3毫米的感应圈，就能够增大它们的输出电流，提高功率，同时工件的温度也会升高，达到要求的温度，加热电流的频率在120kHz左右。由此可见，工件与感应圈之间的间隙会影响到设备的输出效率。
三、生产实践
为了了解设备的工作特性以及能否达到产品的工艺要求，采用电子管高频设备和固态高频设备分别对同一工件进行加热实验。首先是对垫片进行淬火加热。由于垫片的原材料是钢，所以要求要在单侧面进行淬火，并且温度要在（1020+/-50）℃，首先先用原来的感应圈对其进行加热，它与感应圈的间隙在2~3毫米，然后再分别用电子的设备和固态的设备进行加热，最后再用高温红外测温仪测量出加热后工件的温度。实验结果表明电子管高频感应加热设备对工件进行加热达到了985摄氏度，达到了要求。而固态高频感应加热设备对弓箭进行加热只达到了785摄氏度，没有达到工艺的要求，及时把输出功率调大，也不能使温度上升。由此可见，在间隙大小相同的情况下，固态高频感应加热设备对电感匹配的要求更高，所以要根据不同的工件采取不同的感应圈。其次是对球面螺母进行淬火加热。球面螺母的原材料是45钢，要将其顶部的球面淬硬，且温度要在（900+/-50）℃，采用电子管高频感应加热设备和单匝圆形感应圈，能够达到工艺要求。但是采用固态高频感应加热设备时发现，在球体最大直径的部分能够达到工艺的要求，但是逐渐移动到顶端的时候，由于间隙不断增大，加热的温度开始逐渐的下降，无法达到工艺要求。但是当感应圈和球面之间的间隙控制在2~3毫米的时候，采用固态高频感应加热设备能够达到工艺要求。由此可见，感应圈和工件之间的间隙会影响到固态高频加热设备对工件进行加热时能否达到工艺要求。
四、小结
通过与电子管高频感应加热设备的对比，我们可以知道，固态高频感应加热设备对感应圈与工件之间的间隙要求更高。如果想要达到预期的效果，就要严格的控制间隙的距离。想要实现高效生产，将能量转化最大化，感应圈的设计是非常重要的。并且固态高频感应加热设备比电子管高频设备的频率更高，对人体的安全性更高，能够延长机器的寿命，也更节能，体积小，占地面积少等等一系列的优点。但是我们在选择上依然要根据工件的具体情况来进行选择在，之后的将来，我们还可以将加热设备和其他的设备联系起来进行能量监控。
参考文献
[1]中国机械工程学会热处理学会《热处理》编委会.热处理手册.第3卷：热处理设备和工辅材料[M].3版.北京：机械工业出版社,2001.
[2]薄鑫涛,郭海祥,袁风松.实用热处理手册［M].上海：上海科学技术出版社,2009.
[3]余忠称，张士林,宋炎炎，等.热处理工实践[M].上海:上海科学技术出版社,1988.