沈慶通

　　沈慶通：教授級高工。20世紀50年代任一汽高頻室底盤工場主管工藝師，后調拖拉機廠參與我國臺東方紅拖拉機感應淬火零件的工藝與裝備調試，任高頻室主任。90年代后任洛陽升華感應加熱公司總工程師、技術總監。曾任全國感應加熱技術委員會委員，中國熱協工藝裝備委員會委員。
 

　　感應熱處理是熱處理工藝中的新星，我國60多年來在機械、冶金、鐵路及船舶等制造行業發展迅猛，在我國面臨創新階段，作為感應熱處理行業的一名老兵，愿意與大家交流我國感應熱處理六十多年來的發展狀況，提供一些參考文獻，并且提出一些期望。 

　　1.起步階段
　　20世紀50年代初，是我國感應熱處理技術的萌芽時期，當時感應熱處理叫做“高頻電流淬火”或“高周波淬火”，戴著一層神秘的面紗。高頻淬火的物理、金屬性能、相變與工藝原理均來自前蘇聯，正是前蘇聯技術沈慶通：教授級高工。20世紀50年代任一汽高頻室底盤工場主管工藝師，后調拖拉機廠參與我國臺東方紅拖拉機感應淬火零件的工藝與裝備調試，任高頻室主任。90年代后任洛陽升華感應加熱公司總工程師、技術總監。曾任全國感應加熱技術委員會委員，中國熱協工藝裝備委員會委員。援助156項目中的高中頻淬火零件的工藝與裝備，奠定了該技術的物質基礎。
　　當時蘇聯的高頻電流技術研究院、斯大林汽車廠、哈爾科夫拖拉機廠及許多機床制造廠均對中國項目提供了感應加熱成套裝置、加工件工藝卡、工裝圖樣、工段設計等許多資料，當時發行的《部屬各廠感應加熱技術文件》可直接指導工廠正確選用電流頻率與裝備，使我國感應熱處理技術能從一個較高的起點出發。記得當時有人參觀莫斯科的斯大林汽車廠，蘇聯人自豪地說：先進的汽車廠在遠東，而1964年農機部在洛陽舉辦“曲軸連桿”會議時，代表們參觀拖拉機廠的許多感應淬火生產線后，曾感嘆此次參觀等于去了一次蘇聯。
　　前蘇聯在1936年前后即由沃羅格金院士研發了中頻電源及曲軸頸感應淬火技術，二戰中感應淬火技術應用于軍工裝備制造，其著作《表面感應淬火》（見圖1）在1947年即在前蘇聯出版。

圖1　表面感應淬火原著

　　1939、1940年俄“金屬工業通報”上發表了多篇金屬及曲軸頸感應淬火文章，其后沃羅格金В.П.ВОЛОГДИН與他的同事及后繼者吉金И.Н.КИДЕН、洛津斯基М.Г.ЛОЗИНСКИЙ、舍皮里可夫斯基К.З.ШЕПЕЛЯКОВСКИЙ、雷斯金С.Е.РЫСКИН、斯路亳茨基А.Е.СЛΥХОЦКИЙ、高洛文Г.Ф.ГОЛОВИН等相繼在感應加熱相變理論、快速加熱工藝、工裝設備等方面，出版了許多著作，較通俗的著作就有15本，為普及感應淬火、透熱、熔化、介質加熱等技術發展做出了貢獻。
　　1956年一機部即在上海綜合研究所舉辦了“高頻訓練班”，由前蘇聯高頻電流科學研究院И.П.ДАШКЕВИЧ達許凱維奇任教，講義共10章，40多人參加培訓。
　　鑒于感應加熱書籍的缺乏，1957年我將借到的三本蘇聯感應淬火經典著作（見圖2）交出版社影印（各近300冊），1958年上半年新華書店發行，供同行學習參考。作者分別是沃羅格金、舍彼里可夫斯基與洛津斯基，其著作已為國人所熟悉，洛津斯基這本著作也早已由王東升譯為中文。

圖2　三本感應淬火經典原著

　　當時（1956年）一汽感應淬火先進技術：
　?。?）一臺中頻發電機同時供電給生產線不同位置的多個淬火臺同時交替工作，如圖3所示。

 

圖3　一臺中頻發電機供給4臺淬火機交替工作

　?。?）曲軸頸半自動淬火機并采用自回火工藝，節省了回火工藝、電能與裝備。
　?。?）銷子類零件在帶夾具的感應器上進行大量生產（見圖4），只配置淬火臺，不需淬火機床，能大量生產。

 

圖4　帶夾具的銷子淬火感應器

　　（4）單個感應器同時加熱7個制動蹄片平面，如圖5所示。

圖5　一次加熱7個制動蹄片的中頻感應器

　　而一拖的感應淬火裝置則有：
　?。?）全自動的履帶板銷淬火機床，只需往料斗放入成捆的履帶銷后，工件會自動進行掃描淬火，100kW中頻電源生產φ22mm×430mm銷子180件/時。
　?。?）雙工位氣缸套淬火機床交替工作每小時生產φ125mm×292mm內孔淬火件90個，工頻缸套回火機三工位同時加熱，180°倒轉裝卸料，生產率達180件/時。這一20世紀50年代的缸套感應淬火、回火裝置及內孔淬火感應器的設計，比21世紀初歐洲某感應加熱公司的同類產品還要先進。
　?。?）高頻感應器快換夾頭更具有導電板損耗小、調整方便等優點，至今仍在應用。
　?。?）銷子進給采用磁性滾輪防止工件滑移，也具有獨創性。
　　一汽的帶夾具感應器用于大量生產的經驗未能普及的原因是一汽采用375V中頻供電，感應器單匝時阻抗小，現在的中頻電源采用750V電壓，如果改用三匝的感應器就能推廣應用。三匝串聯感應器如圖6所示。

圖6　三匝串聯感應器

　　2.自力更生發展階段
　　1960年后，前蘇聯停止援助，當時二汽的建設完全是自力更生，30多套感應加熱裝置是由國內設計院、一汽高頻室、湘潭電機廠等共同完成，鄂城通用機械廠承擔了大部分淬火裝置的制造，國內天津廣播器材廠、北京廣播器材廠能提供真空管式高頻電源，湘潭電機廠與錦州電機廠提供中頻機式發電機，上海機械廠等自己設計液壓式通用淬火機，天津第九機床廠、廣州越秀汽配三廠、無錫電爐廠等相繼開發了我國自行設計的淬火機床產品，一機部第六設計院曾匯總成淬火機床圖冊，達30多種產品。此階段上海變壓器廠及湘潭電機廠研發了中頻淬火變壓器產品，上海電纜廠研發了鋁芯中頻同軸電力電纜，供應二汽應用。
　　3.技術引進階段

　　改革開放后，國人走出國門考察歐美相關技術，進口了德國、美國、日本、意大利、英國、比利時、法國等的感應加熱裝備，電源以可控硅及晶體管電源取代了機式中頻發電機，淬火機床則如曲軸頸淬火改用旋轉加熱技術，軸類淬火推廣了臺階淬硬層連續的一次淬火法（一汽、東汽等均已應用），如圖7所示。

圖7　一次加熱淬火使階梯軸淬硬層得到連續

　　各種半自動淬火裝置具有各國風格，其特點是高效、可靠、先進、多功能與美觀，為行業研發產品提供借鑒。

　　但此階段大量進口裝備的缺點是重復進口多，硬件多，生產單位進口多，制造廠進口少，外商知道其產品銷售到中國哪幾個廠，而國人反而不清楚，多次重復進口。

　　重慶一個廠20世紀60年代從德國進口了一套曲軸頸淬火裝置，90年代再一次進口這種裝置，如果是進口技術圖樣我們就有自制能力。另外，國內感應加熱制造廠極少具有進口國外樣機的財力，導致借鑒新技術失分困難。

　　4.自主創新階段

　　2000年后，我國感應加熱技術進入自主創新階段，大量感應加熱電源廠、成套設備廠、配件廠、附件廠如雨后春筍拔地而起，通過行業競爭，產品質量高、信譽好的企業立住了腳跟，反之逐步被淘汰。

　　現在我國感應加熱工藝與裝備如電源、機床、鋼軌淬火線等不但銷往東南亞國家，也有銷往工業發達的歐洲，某些產品的能耗指標（kW·h/t）已經達到較先進的水平，而淬火機床的計算機控制、故障診斷、機器人應用等均達到較先進的水平。配件淬火變壓器，，國內己有許多新產品，淬火感應器的制造水平不斷提高，有些感應器的使用壽命已達到先進水平，而有些科技公司，己經研制出3D打印的銅質有效圈。

 　?。?）理論研發不足

　　感應加熱是快速加熱，相變區域的加熱速度已從過去的幾十度/秒上升到幾百度/秒，奧氏體在這種高速加熱狀態下，轉變的結構有何變化？由于加熱到相變完成的時間低至2s以內，淬火機床為加熱均勻，是否應提高轉速，高校、研究所是否應進行感應高速加熱理論方面的研究？包括電磁場等。

　?。?）感應加熱裝置用的器件、配件供應需得到質量保證

　　主機廠產品質量除主機廠本身設計制造部分靠本廠控制外，外購的器件、配套件是影響整套裝置質量的重要因素。德國有個AEG-ELOTHERM公司（現SMSELOTHERM公司），其產品質量除本公司控制主機外，并靠挑選上Z好的配件來達到的。國內晶體管、淬火變壓器等產品與國外同類優質產品比，仍有較大差距，感應器與某些機床的產品一致性還亟待改進，例如雙工位淬火機上同類型兩個感應器，加熱相同工件，一個溫度高、另一個溫度低等，這就是產品一致性的問題。

 　　華為手機走向5G，我們國內一些老字號的感應加熱裝備企業更應在保證質量、可靠性的前提下，推出創新產品，面向世界。

　?。?）加快國內感應加熱計算機模擬的研發

　　國內感應加熱計算機模擬還處于起步階段，要開發國產計算機模擬軟件包，它將解放工藝人員繁重的現場調試工作，可以在計算機前調試工藝并得到淬火質量檢驗結果。

　　（4）加強建立并貫徹感應加熱技術標準

　　目前感應加熱工藝與裝備的國標、機標等為數不多，而且不夠先進與嚴謹，標較多。要產品質量好，首先要有標準可依，沒有標準的產品，必然不能保證產品的質量。

 　?。?）技術交流

　　加強感應加熱專業圖書與期刊出版，多參加專業會議與信息交流平臺。感應加熱圖書：我Z早讀到的專業圖書是20世紀50年代機械工業出版社出版的《高頻電熱》（見圖8）。

圖8　高頻電熱原著

　　其后是前蘇聯、美國、英國、德國、法國、日本等專業書，以前蘇聯書籍Z多，并有部分譯本。理論與應用研究方面首推前蘇聯，美國感應加熱手冊的主編羅特耐夫(RUDNEV)也來自前蘇聯。

　　美國1960年出版了《感應加熱基礎》，圖文并茂，在上曾風靡一時，德國通用公司研究所在1960年出版了《感應加熱實踐》介紹德國感應加熱技術，內容豐富，已有譯稿，因版本較早，未獲出版社二審通過，法國的《工業電磁感應與電傳導》內容Z全，幾乎包括了所有感應加熱工藝，此書已有英譯本，感應加熱手冊則有美國的兩種、英國及前蘇聯的一種等。

　　2016年，德國又出版了英文版的《感應加熱》新著，德國SMS-ELOTHERM公司工程師為主要作者。

　　1983年，ASM及美國電力研究所出版了《感應加熱原理、設計、控制及應用》，此書因內容較新，迄今已出6版，國內天津翻譯出版社曾出譯文版。

　　2008年，德國出版了《感應加熱與熔煉的歷史》英文版，將上著名的感應加熱技術創始人及其成果進行匯總敘述，并全面整理了有價值的453篇參考文獻目錄，對專業人員檢索資料極有幫助。我衷心的希望該書再版時，將有中國的感應熱處理創新項目列入其中。

　　2001年，ASM出版了《實用感應熱處理》，完全從熱處理廠生產角度敘述感應熱處理原理及使用工藝、檢測、質量控制等方法。

　　2014年ASM出版了《ASM手冊》，其第4卷是《感應加熱和熱處理》（見圖9），得此信息后我立即向出版社提了建議，后來機械工業出版社購買了版權，熱處理學會組織譯為中文，即將出版。

圖9　ASM手冊4C卷

　　國外期刊：除美國《工業加熱》期刊外，還有俄羅斯高頻電流科學研究院主辦的《感應加熱》期刊（見圖10），該期刊發表以俄國作者為主的感應加熱文章，其中也有我國作者的論文多篇。

　　性感應加熱會議：上感應加熱會議較多，以意大利PADUA大學電工系主辦的會議Z經常，基本上每兩年召開一次，我國近二十年來派專人與會的有：1997年9月美國召開的感應熱處理研討會朱會文、鄒志良等參加；2009年在俄羅斯舉辦的性感應熱處理加熱會議林信智、李韻豪等參加，均帶回厚厚的論文集，文章內容已在國內期刊做過報道，高校如東北大學、上海大學等教授參加了一些會議，但未能聯系上。

　　國內感應熱處理學會及活動：1964年吉林省機械工程學會籌建“感應加熱技術委員會”并召開了次全國感應加熱學術會議（見圖10）。

圖10　1964年首次全國高頻加熱學術會議代表合影

　　感應加熱技術委員會并出版了《感應熱處理》譯文集，此后召開過第二、三、四次學術會議，后來熱處理學會下設立了“感應熱處理委員會”，曾在無錫、天津、杭州、洛陽、上海等地舉辦了感應熱處理學術會議，2006年后學術會議曾中斷一段時間，近年來國內各部門舉辦的感應熱處理學術會議又活躍起來，通過學術交流、合作，對推動行業技術進步有很大的促進作用。除此以外，多種感應熱處理培訓班、專業的微信群交流等，對一線的感應熱處理工作者，有很大的幫助，這比20世紀70年代初開展的各學會技木協作更方便，范圍更大。

　　我國有大量的一線感應熱處理工作者，現場積累了豐富的試驗數據，多年前，東汽發動機廠李春彥同仁就用生產結果繪制了“功率密度與加熱時間曲線”在一定設備上可以應用。反觀許多專業書介紹的頻率、功率密度、時間選取曲線，真正實用的不多。一線同仁可以利用工作積累數據，創建實用的功率、時間與加熱深度的曲線圖表。

　　結語

　　Z后，希望我們用“華為與蘋果比高低”的精神，使我國熱處理技術更上一層樓，20年后，不是我們向國外找差距，而是國外熱處理行業向中國找差距！

來源：《金屬加工（熱加工）》雜志