感應加熱的案例
承壓設備厚板中頻感應加熱局部熱處理試驗研究
根據馬鞍形厚板感應加熱均溫性試驗的工藝要求，經熱工計算采用 160 kW 或 240 kW 中頻感應加熱電源 1 臺。采用 2 根 85 m、120 mm2的耐高溫合金電纜，并聯盤繞在工件外壁進行感應加熱，電纜盤繞如圖 3 所示。
檢測接線及熱電偶，感應電源開機，選用恒功率模式或工藝模式，將輸出功率或溫度曲線輸入到控制面板，接通電源開始對馬鞍形厚板進行感應加熱。
2 結果與討論
2.1 均溫性驗證
感應加熱電源功率隨時間的變化曲線如圖 4 所示。從圖 4 可以看出，整個感應加熱過程中電源的功率在 30～80 kW 變化，平均功率為 50 kW。在0.5 h、7.5 h 及 17.5 h 的瞬時輸出功率出現峰值，分別為 72 kW，110 kW 和 130 kW。試驗中感應加熱電源功率為 160 kW，能夠滿足感應加熱要求。感應加熱電源的輸出功率與熱處理工藝相匹配。升溫過程中，感應電源的輸出功率增大；均溫過程中，感應電源的輸出功率會降低。在感應加熱 26 h 之前，感應加熱功率出現了規律性波動。在保溫過程中，感應電源的輸出功率為恒值，約為 30 kW。
以馬鞍形厚板控溫熱電偶 C13 和 C14 為例，圖5 給出了 C13 和 C14 熱電偶溫度及最大溫差隨時間變化的溫度曲線。其中 C13 是馬鞍形厚板外壁的測溫熱電偶，位于感應電纜下方，C14 是馬鞍形厚板內壁的測溫熱電偶。從圖 5 可以看出，從室溫至705 ℃的升溫階段，馬鞍形厚板的外壁溫度一直比內壁的溫度高，最大溫差為加熱第 7.5 h 時的 17 ℃。這是因為感應加熱的熱源產生于被加熱工件表面以下 10 mm 的范圍內，熱量從外壁傳到內壁需要熱傳遞的推動力，這就帶來沿壁厚的溫差，傳遞熱量越多溫差越大。在整個感應加熱階段，最大溫差在 6～17 ℃。
展開 【往年優秀論文賞析】感應加熱數值仿真及其并行加速性能測試
Ansys
摘 要：以內嵌金屬顆粒的石墨球為研究對象，基于感應加熱基本理論，建立了電磁場與溫度場耦合的有限元數學模型，利用通用多物理場分析軟件ANSYS 對金屬石墨球的感應加熱過程進行了數值仿真，計算中考慮材料隨溫度變化的非線性特征，采用多場順序耦合方法，得到了石墨球溫度隨加熱時間變化規律，并對不同頻率和電流密度下石墨球感應加熱效果進行了對比分析，計算結果為石墨球感應加熱實驗的開展提供參考。同時，基于上海超算中心“蜂鳥”高性能計算平臺，探討在不同核心數下求解多場問題的并行效率，為該類問題的大規模并行計算以及更好發揮并行計算優勢提供參考。
1. 前言
感應加熱是利用電磁感應在導體內產生渦流熱效應來加熱工件的電加熱，該方法以其效率高，控制精確，污染少，安全性好等優點在工業生產中得到廣泛應用。感應加熱過程是電磁感應和熱傳導過程相互作用的綜合體現，電磁感應過程中所產生的渦流功率為熱傳導提供所需的能量；熱傳導過程導致的工件溫度分布反過來會影響工件電磁感應所產生的渦流大小。通過現有理論很難求得感應加熱下工件的溫度場分布，而基于傳統的實驗設計方法耗時費力，成本
高昂，如果物理模型復雜且實驗危險，無疑增加了這類問題的難度，目前針對感應加熱器的設計以及工件的渦流效應分析大多是根據經驗公式和實驗進行測算。
展開 基于Maxwell與Transient Thermal模塊的感應加熱數值模擬
<p class="ql-align-justify">關鍵詞：感應加熱；電磁場；Maxwell；渦流效應；多物理場耦合</p><p class="ql-align-justify">感應加熱是一種利用電磁感應原理，通過交變電流在金屬工件中產生渦流使其加熱的過程。感應加熱技術在金屬熱處理、焊接、熔化以及表面淬火等領域發揮著至關重要的作用，尤其是在汽車制造、航空航天、能源設備等高精尖技術領域中得到了廣泛應用。感應加熱的過程受到電磁場分布和材料特性等多種因素的影響，因而對其進行精確的仿真研究，是提升工藝效率和產品質量的重要手段。</p><p class="ql-align-justify">本文采用ANSYS Maxwell與Transient Thermal模塊對感應加熱過程進行了仿真模擬，通過多物理場耦合分析，對感應加熱系統的溫度場與電磁場進行了精確描述，全面展示了感應加熱過程中的熱效應及其影響因素。通過數值模擬的方法，不僅可以直觀地分析工件在不同加熱條件下的溫度分布，還能對加熱線圈的設計及參數優化提供科學的依據，從而實現更高效的加熱效果。</p><div contenteditable="false" width="100%" class="ql-align-justify">
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展開 立式支承輥感應加熱差溫淬火機床的設計及應用
牛宏堂、張建、劉訓、張桐，陜西壓延設備廠
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
大型立式中頻感應加熱支承輥復合型淬火機床，是在全新概念下設計、取代燃氣、燃油、支承輥差溫爐的新型機床，其吊裝、加熱、運行以及噴淬方式等都有別于傳統的支承輥燃氣差溫爐。新型機床的設計理念是針對燃氣差溫爐在生產過程中存在的不足（加熱時間長，能耗高，吊裝不方便等）而進行設計的。因此，新機床在生產效率、加熱方式、噴淬方式、生產成本、工作安全性、勞動強度、工件適應性、工件的質量以及工藝的設置等都顯現出強大的優勢。
眾所周知提高支承輥的質量、精度、使用壽命以及縮短加工周期是當今軋鋼領域的重要研究課題。研究生產支承輥的新技術能夠有效地提高材料的利用率。支承輥的壽命又和輥身表面硬度及淬硬層深度，耐磨性密不可分。同時，改進原始制造方法和選擇更優支承輥材質是提高支承輥性能的首要措施。
立式支承輥感應加熱差溫淬火機床是由北京機電研究所自主設計，并為中冶陜壓重工設備有限公司專門制造，享有獨立知識產權。該機床處理工件范圍：支承輥總長度為6000mm，直徑為φ800~φ1680mm，輥身長度為780~2500 mm，質量≤60t，淬硬層深為30~118mm。
1.支承輥感應加熱設計理念
感應加熱技術在機械加工中已經得到普遍的應用，但是低頻大功率電源在熱處理方面應用很少，此次運用低頻大功率做支承輥感應加熱，是感應熱處理技術的重大突破，此項應用為感應熱處理提供了一個新的技術平臺。
利用Visual Basic軟件封裝ANSYS，結合變化參數對支承輥感應加熱的溫度場進行了仿真分析。對支承輥材料的感應加熱溫度場進行了數值模擬分析，從而推出支承輥加熱過程的相關數據，包括感應器的設計、加熱工藝的制定以及磁場強度和磁場的分布狀態。
展開 
齒輪感應加熱熱處理綜述
概述
對于齒輪的感應加熱熱處理過程，本文通過循環對稱齒輪模型的感應加熱案例簡單介紹Marc的相變熱處理仿真方法和流程。
循環對稱模型仿真須滿足模型結構和邊界條件都遵循循環對稱條件，從而在很大程度縮減模型規模、簡化模型，減少求解時間和內存需求，實現更精細的網格，更詳細地研究模型。
在整體齒輪簡化為循環對稱的模型后，進行感應加熱，淬火連續工藝過程仿真，發現齒輪淬火導致奧氏體向馬氏體的轉換，從而在相變區域獲得更好的材料性能；但也會在齒輪內部引入各種殘余應力，從而改變其機械性能。
模型建模細節
齒輪有18個齒，采用循環對稱只建立一個齒牙，再進行厚度方向對稱定義，然后進行有限元網格劃分。感應加熱階段，電磁線圈內定義150kHz頻率的1200A感應電流進行齒輪加熱，加熱時間2s，然后關閉感應線圈，進行淬火冷卻，冷卻時間7s內。
圖1 齒輪含空氣的簡化模型
為正確計算電磁場，另外需要對齒輪周圍的空氣進行建模，齒輪附近的空氣已采用精細網格建模（接觸體：InnerAir和BelowGearAir），而遠離齒輪的空氣則采用粗網格建模（接觸體：OuterAir）。線圈的扇區是單獨建模的，這樣它就可以在施加電流的電路中使用。圖1所示。
邊界條件
3.1 電流
當施加電流時，假設該電流在線圈內是恒定的。當截面中線圈的長度與整個線圈的長度不同時，不需要改變。當使用反對稱或循環對稱并且電流垂直于反對稱或周期對稱平面時，通常是這種情況。當由于對稱性，線圈的橫截面積減少時，電流應減少相同的量。
展開 DEFORM利用邊界元法模擬感應加熱+淬火[3D ] ￥9.99
運動選擇跟著上模（感應線圈）運動，環境溫度設置為20度，換熱系數這里設的比較大，主要是因為淬火的換熱時間比較短，所以夸大一點效果，實際過程淬火窗口可單獨設置速度不需跟著感應線圈。為了保證足夠的加熱溫度，淬火窗口跟感應線圈的距離不要離得太近。
設計仿真 | 齒輪感應加熱熱處理綜述
01 概述 OVERVIEW
對于齒輪的感應加熱熱處理過程，本文通過循環對稱齒輪模型的感應加熱案例簡單介紹Marc的相變熱處理仿真方法和流程。
循環對稱模型仿真須滿足模型結構和邊界條件都遵循循環對稱條件，從而在很大程度縮減模型規模、簡化模型，減少求解時間和內存需求，實現更精細的網格，更詳細地研究模型。
在整體齒輪簡化為循環對稱的模型后，進行感應加熱，淬火連續工藝過程仿真，發現齒輪淬火導致奧氏體向馬氏體的轉換，從而在相變區域獲得更好的材料性能；但也會在齒輪內部引入各種殘余應力，從而改變其機械性能。
02 模型建模細節 Model modeling details
齒輪有18個齒，采用循環對稱只建立一個齒牙，再進行厚度方向對稱定義，然后進行有限元網格劃分。感應加熱階段，電磁線圈內定義150kHz頻率的1200A感應電流進行齒輪加熱，加熱時間2s，然后關閉感應線圈，進行淬火冷卻，冷卻時間7s內。
圖1 齒輪含空氣的簡化模型
為正確計算電磁場，另外需要對齒輪周圍的空氣進行建模，齒輪附近的空氣已采用精細網格建模（接觸體：InnerAir和BelowGearAir），而遠離齒輪的空氣則采用粗網格建模（接觸體：OuterAir）。線圈的扇區是單獨建模的，這樣它就可以在施加電流的電路中使用。圖1所示。
03 邊界條件 Boundary
3.1 電流
當施加電流時，假設該電流在線圈內是恒定的。當截面中線圈的長度與整個線圈的長度不同時，不需要改變。當使用反對稱或循環對稱并且電流垂直于反對稱或周期對稱平面時，通常是這種情況。當由于對稱性，線圈的橫截面積減少時，電流應減少相同的量。
3.2 電壓
與此相反，當施加電壓時，電壓降沿著線圈的長度發生。因此，當對線圈總長度的1/n進行建模時，也應施加電壓降的1/n。
展開 兩種計算方法，DEFORM最新感應加熱功能及提升
感應加熱是一種廣泛加工方式的理想選擇，此種工藝經常被用于溫鍛/熱鍛前的預熱工序或熱處理工序。局部感應加熱可用于如表面硬化和退火工藝，通過控制加熱方式、深度和速度來提升產品性能。感應加熱因快速、經濟而常用于加熱材料方面，交替電流通過銅線圈而產生一種線圈附近的電磁場。材料的阻抗誘使工件內部熱的產生。
工程師們通過控制工藝參數如線圈設計、電流頻率、和輸入電壓來達到不同的加熱目的。DEFORM系統使得用戶有能力在計算機上研究和優化感應加熱工藝參數，幫助他們驗證設計和進行試驗對比。DEFORM的高級模擬功能允許用戶優化加熱結果如加熱速率，位置及加熱深度等。
在感應加熱方面，DEFORM具有兩種計算方法，有限單元法（FEM）和邊界元法（BEM）。
FEM法的特點包括：必須建立空氣網格；掃略過程困難；求解精度高；
BEM法的特點包括：簡便的設置：無空氣網格；方便控制掃掠過程；計算時間較長；
用戶自定義BEM加熱窗口(左下圖)也可在3D感應模型里實現。局部感應窗口降低了等效模型尺寸并可保證合理的計算精度，通過計算窗口內的工件表面來降低計算規模。在合理的窗口尺寸外的區域被認為線圈對工件加熱的影響很小。
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感應加熱是一種廣泛加工方式的理想選擇，此種工藝經常被用于溫鍛/熱鍛前的預熱工序或熱處理工序。局部感應加熱可用于如表面硬化和退火工藝，通過控制加熱方式、深度和速度來提升產品性能。
感應加熱因快速、經濟而常用于加熱材料方面，交替電流通過銅線圈而產生一種線圈附近的電磁場。材料的阻抗誘使工件內部熱的產生。
工程師們通過控制工藝參數如線圈設計、電流頻率、和輸入電壓來達到不同的加熱目的。DEFORM系統使得用戶有能力在計算機上研究和優化感應加熱工藝參數，幫助他們驗證設計和進行試驗對比。DEFORM的高級模擬功能允許用戶優化加熱結果如加熱速率，位置及加熱深度等。
在感應加熱方面，DEFORM具有兩種計算方法，有限單元法（FEM）和邊界元法（BEM）。
FEM法的特點包括：必須建立空氣網格；掃略過程困難；求解精度高；
BEM法的特點包括：簡便的設置：無空氣網格；方便控制掃掠過程；計算時間較長；
用戶自定義BEM加熱窗口(左下圖)也可在3D感應模型里實現。局部感應窗口降低了等效模型尺寸并可保證合理的計算精度，通過計算窗口內的工件表面來降低計算規模。在合理的窗口尺寸外的區域被認為線圈對工件加熱的影響很小。
展開 設計仿真 | 齒輪感應加熱熱處理綜述
01
概述
OVERVIEW
對于齒輪的感應加熱熱處理過程，本文通過循環對稱齒輪模型的感應加熱案例簡單介紹Marc的相變熱處理仿真方法和流程。
循環對稱模型仿真須滿足模型結構和邊界條件都遵循循環對稱條件，從而在很大程度縮減模型規模、簡化模型，減少求解時間和內存需求，實現更精細的網格，更詳細地研究模型。
在整體齒輪簡化為循環對稱的模型后，進行感應加熱，淬火連續工藝過程仿真，發現齒輪淬火導致奧氏體向馬氏體的轉換，從而在相變區域獲得更好的材料性能；但也會在齒輪內部引入各種殘余應力，從而改變其機械性能。
02
模型建模細節
Model modeling details
齒輪有18個齒，采用循環對稱只建立一個齒牙，再進行厚度方向對稱定義，然后進行有限元網格劃分。感應加熱階段，電磁線圈內定義150kHz頻率的1200A感應電流進行齒輪加熱，加熱時間2s，然后關閉感應線圈，進行淬火冷卻，冷卻時間7s內。
展開 DEFORM利用邊界元法模擬感應加熱+淬火[2D ] ￥10
本次介紹一個感應加熱同時進行淬火的一個例子。加熱線圈以指定的功率啟動加熱過程，并開始以指定的速度沿工件移動。工件的表層會在短時間內升溫并發生相轉變。緊接著通過設置一個在淬火窗口（熱交換窗口）對已升溫部分進行淬火。加熱過程使得表面層轉變成奧氏體相，而淬火過程立即將這些表面層冷卻成馬氏體相。
先看結果
溫度變化
奧氏體含量
馬氏體含量
從以上結果可以看到，感應線圈所在區域的溫度最高可達1000度以上，珠光體轉變成奧氏體，隨著感應線圈的移動，坯料不同部位發生珠光體向奧氏體的相轉變。由于淬火窗口緊隨著感應線圈移動，淬火窗口經過之處，坯料表層原本的奧氏體區發生馬氏體相變。由于淬火窗口冷卻速度快了點，故馬氏體轉變不夠徹底。
此示例需要一個額外的 DAT 文件 (DEF_INDH.DAT)，文件中中第一行“0”表示需要使用邊界元素技術（BEM），第二行“5”表示需要計算電壓的步長。親測沒有這個文件計算結果差別有點大。
要點：
感應加熱
淬火
溫度窗口的使用
1 模擬控制設置
跟往常一樣，新建一個項目，進入前處理，點擊2D模式，然后進入模擬控制窗口，勾選相轉變和感應加熱模式。總步數設置200步，5步一存，步長0.1s/step也就是說整個模擬過程持續20s。
2 建立對象
添加3個對象，分別為坯料和上下模。
2.1 坯料設置
坯料由于考慮熱應力，故設置成彈塑性體，材料選擇AISI-1045-trans。需要注意的是計算感應加熱時，坯料和線圈均需要設置電/磁參數。
展開 
玩具熊制作過程中的電磁感應加熱仿真 ￥500
<p>本案例建立了一電磁感應加熱裝置，基于COMSOL軟件模擬了玩具熊制作過程中的電磁感應加熱過程，幾何模型如圖1所示。仿真結果如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/c56395adfdc648d499ba30783ae4df9c.png" alt="Untitled31.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 幾何模型</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/15e33f57252c4a27bde1c88a8cea9746.png" alt="Untitled32.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>電磁場分布</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/d67d0fbcaa8f41998b375f893ed5367a.png" alt="Untitled33.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>玩具熊的電磁感應加熱制作過程</strong></p><p>感興趣的朋友可以下載模型，歡迎交流合作</p>
展開 如何模擬高頻時變電流感應加熱？
總之，希望解決的是這樣一個問題：高頻時變電流感應加熱模擬如何設置？
基于感應加熱的碳纖維增強塑料快速生產工藝
專利程序是基于感應加熱，它使柯勃隆能夠以比現有的既定方法更快的速度生產碳纖維組件。生產的碳纖維組分質量也較好，生產能耗大大降低。
生產周期快10倍
Cobreon AB的創始人兼首席執行官Tobias Bj rnhov說:
這項技術使生產周期縮短了10倍，節省了95%的能源，并創造了有史以來纖維體積分數最高的復合材料。
這一切始于十多年前在法國阿爾卑斯山與一群熱愛滑雪的朋友，以及用碳纖維制造更好的滑雪板的想法。
Bj rnhov說：“我們的金融資產有限，所以我們需要找到一種更快、更便宜的方法來開發雪橇。然后，我們發現，我們可以加熱材料的材料是從內部，而不是增加熱量到外面，利用其中所含的碳纖維作為熱源。”
“多虧了這項技術，熱量可以更容易控制，需要添加的塑料更少，纖維的體積分數也很高，”公司創始人兼首席技術官(CTO)拉斯·奧爾森(Rasmus Olsson)說。
產品種類繁多
該方法適用于汽車、電信、航空航天和機器人等行業的廣泛產品。
“我們正處于加速階段，我們的生產能力和我們的組織都在增長。擁有Scania Growth Capital作為投資者，無論是擁有財政資源，還是擁有他們的技能和經驗，對我們來說都是極其重要的。”
斯卡尼亞定制卡車開發主管佩爾-阿恩·埃里克森(Per-Arne Eriksson)將加入科巴隆的董事會。
埃里克森說：“我們的戰略是投資于那些與我們經營的生態系統具有戰略意義的公司，而科巴隆非常適合這些公司。在瞬息萬變的汽車工業中，我們看到了許多將碳纖維復合材料的使用擴大到更多應用的機會，以促進產品開發，包括汽車電氣化。”
碳纖維布https://www.hongyantu.com/index.php?r=new%2Fview&id=2817
展開 基于感應加熱的碳纖維增強塑料快速生產工藝
專利程序是基于感應加熱，它使柯勃隆能夠以比現有的既定方法更快的速度生產碳纖維組件。生產的碳纖維組分質量也較好，生產能耗大大降低。
生產周期快10倍
Cobreon AB的創始人兼首席執行官Tobias Bj rnhov說:
這項技術使生產周期縮短了10倍，節省了95%的能源，并創造了有史以來纖維體積分數最高的復合材料。
這一切始于十多年前在法國阿爾卑斯山與一群熱愛滑雪的朋友，以及用碳纖維制造更好的滑雪板的想法。
Bj rnhov說：“我們的金融資產有限，所以我們需要找到一種更快、更便宜的方法來開發雪橇。然后，我們發現，我們可以加熱材料的材料是從內部，而不是增加熱量到外面，利用其中所含的碳纖維作為熱源。”
“多虧了這項技術，熱量可以更容易控制，需要添加的塑料更少，纖維的體積分數也很高，”公司創始人兼首席技術官(CTO)拉斯·奧爾森(Rasmus Olsson)說。
產品種類繁多
該方法適用于汽車、電信、航空航天和機器人等行業的廣泛產品。
“我們正處于加速階段，我們的生產能力和我們的組織都在增長。擁有Scania Growth Capital作為投資者，無論是擁有財政資源，還是擁有他們的技能和經驗，對我們來說都是極其重要的。”
斯卡尼亞定制卡車開發主管佩爾-阿恩·埃里克森(Per-Arne Eriksson)將加入科巴隆的董事會。
埃里克森說：“我們的戰略是投資于那些與我們經營的生態系統具有戰略意義的公司，而科巴隆非常適合這些公司。在瞬息萬變的汽車工業中，我們看到了許多將碳纖維復合材料的使用擴大到更多應用的機會，以促進產品開發，包括汽車電氣化。”
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