[發明專利]感應加熱裝置、感應加熱設備、感應加熱方法以及熱處理方法

有效

• 申請號: 201280016986.0
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN103621177A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 中津仁;吉岡雅人;田中嘉昌;伊藤力;小柳研次;寒河江正樹;石井達也;三阪佳孝;小川靖治
• 申請（專利權）人: 高周波熱煉株式會社
• 主分類號: H05B6/06
• 分類號: H05B6/06;H05B6/04;H05B6/10;H05B6/44
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 梁海蓮;余明偉

技術領域

本發明涉及一種對工件進行感應加熱的感應加熱裝置、感應加熱設備、感應加熱方法以及熱處理方法。

背景技術

通過加熱線圈對設定了沿著一方向延伸的被加熱區域的工件進行感應加熱。例如提出有一種熱處理裝置，在對具有環形形狀的大的工件進行加熱時，使加熱線圈與工件的沿著一方向延伸的被加熱區域的一部分相向，通過例如使工件旋轉，對該工件的被加熱區域的全長進行加熱。

在專利文獻1（日本特開2005-325409號公報）中，公開了一種能夠對大的軸承軌道輪那樣的圓環狀工件進行加熱的高頻熱處理裝置。在該技術中，通過以下方式進行熱處理：將多個馬蹄形的加熱線圈配置于圓環狀工件的圓周方向的多個位置，一邊使圓環狀工件旋轉，一邊通過多個加熱線圈對該圓環狀工件進行感應加熱，在加熱后使冷卻液從馬蹄形的加熱線圈吐出并進行急速冷卻。

在專利文獻2（日本特開2009-287074號公報）中，公開了一種對環狀部件整體進行高頻熱處理的裝置。在該技術中，通過以下方式進行熱處理：通過定位輥定位環狀部件的外徑面或內徑面，在環狀部件的內周面、外周面、側面等的一部分上分別配置加熱線圈，一邊使環狀部件旋轉一邊對該環狀部件進行感應加熱，之后進行急劇冷卻。

在感應加熱裝置中，一般來講，作為用于對加熱線圈投入電力的感應加熱裝置而使用有以下這樣的裝置。即，感應加熱裝置包括：逆變器，將工業用電力先變換成直流后再變換成規定頻率的交流電流；變壓器，通過與該逆變器連接的一次繞組和二次繞組構成；阻抗匹配器，與一次繞組并聯地連接；以及加熱線圈，與二次繞組并聯地連接，該感應加熱裝置使加熱線圈和工件電感耦合，得到逆變器和加熱線圈的匹配。

在專利文獻3（日本特公昭63-42830號公報）中所公布的感應加熱裝置構成為，使作為電源的自控式晶閘管逆變器（thyristor?inverter）與電容、匹配變壓器連接，且使該匹配變壓器與被加熱體的在升溫加熱時的合適電壓、合適頻率選擇用的端子群以及被加熱體的在恒溫加熱時的合適電壓、合適頻率選擇用的端子群連接，且通過切換開關將各自的端子群與加熱線圈連接。

發明內容

<發明要解決的課題>

然而，在以往的利用感應加熱的加熱裝置中，在對大型的工件進行淬火處理時，不易使被加熱區域升溫到期望的加熱溫度。在大型工件的情況，以與全部被加熱區域相向的方式配置加熱線圈會因成本顯著增加而并不實用。當為此而使用與被加熱區域的一部分相向的加熱線圈進行加熱時，由于相對于被加熱區域的鋼材量大，因此需要長時間加熱，另外，工件的熱膨脹的變形量隨著時間增長會變大，難以確保最佳的加熱條件。

尤其是，當在工件的沿著一方向連續的被加熱區域的一方的緣側和另一方的緣側處加熱時的熱膨脹所引起的變形量不同時，工件會不均勻地變形。為此，在大型的工件中，利用加熱線圈使被加熱區域整體均勻地升溫到規定的高溫是困難的。

因此，本發明的第一目的在于，提供一種感應加熱裝置以及感應加熱方法，即使是大型的工件，也能夠使工件的被加熱區域整體容易大致均勻地升溫到規定的高溫，且即使在加熱時產生工件的不均勻的變形也能夠均勻地加熱。

另外，為了對半徑為1m以上、例如為3m的所謂大型的工件進行感應加熱，采用這樣一種方法，即、通過一邊對工件的加熱區域的一部分局部地進行感應加熱一邊使工件自身進行旋轉，對工件的加熱區域整體進行加熱。因此，無法在以往所謂的幾秒的加熱時間里使加熱區域的溫度上升，需要例如幾分鐘的加熱時間。

然而，在長時間加熱時，來自逆變器的輸出阻抗隨著時間一起變化，難以從逆變器經由阻抗匹配器以及變壓器向加熱線圈投入電力，無法使工件加熱到規定的溫度。

因此，本發明的第二目的是提供一種即使時間較長也能夠將工件感應加熱到規定的溫度的加熱裝置、加熱設備以及加熱方法。

另外，在對設置成環狀的被加熱區域進行熱處理中，通過對工件的整個表面或工件的整個被加熱區域同時進行加熱且使整體急劇冷卻來進行熱處理。在這樣的熱處理方法中，在對例如具有多個環狀的被加熱區域的工件進行熱處理時，由于同時對多個被加熱區域進行加熱冷卻，因此需要多個種類的與工件的形狀和大小對應的加熱線圈，另外，加熱線圈的形狀和結構、工件的支撐結構等變得復雜，裝置結構變得復雜。

而且，在同時對多個被加熱區域進行加熱冷卻的結構中，由于利用加熱線圈進行加熱的面積較廣，因此需要較大電力。在大型工件的情況，如果無法供給足夠的電力，則無法使被加熱區域升溫到期望的溫度。如果供給足夠的電力，則需要與工件的大小對應的大電力，而使電源設備大型化。