用于焊后局部热处理的电炉一般是根据被处理工件的形状和尺寸，做成半圆形、条形或异形，利用电阻元件通电后产生的热量，以辐射加热方式，将热量传至被处理工件的表面，然后再通过热传导方式，将热量自工件表面传入工件内部。
（一）加热元件
局部热处理电炉的加热元件主要有电阻丝（镍铬、铁铬铝）硅碳棒、远红外发热元件等。电热元件的合理选择对其使用寿命和成本有直接关系，一般电热元件材料应具备下列条件：
（1）在高温氧化性气氛中具有高的稳定性。
（2）高温下具有足够的机械强度。
（3）大的电阻率。
（4）小的电阻温度系数。
（5）容易加工，焊接性好。
1.金属电热元件——高电阻电热合金
常用高电阻电热合金的牌号和性能见表9-3。其中镍铬合金的优点是脆性小、可焊性好，但其它方便不如铁铬铝合金，且价格比铁铬铝高10倍。因此，铁铬铝合金被广泛采用。
表9-3 高电阻电热合金主要性能参考数据
2.硅碳棒（也称碳化硅棒）
碳化硅棒是高温用电热元件，使用碳化硅棒的电炉，温度可达1350℃。
碳化硅的主要成分，SiC＞97～98，其余为铝、铁硅的氧化物杂质。碳化硅的熔点为2227℃，其电阻率在高温范围内为800～2000Ω·mm/m左右，故碳化硅棒电热元件外形是短而粗的，通常有棒状和管状两类。热处理车间用的最多的是两端加粗的碳化棒（见图9-8），中间部分直径d较小的为发热部分，两端直径D较大为导电部分，棒的端部（n）涂一层铝粉，以增强导电性，电源通过不锈钢夹头接于此处。
图9-8 两端加粗的碳化硅棒
碳化硅棒电热元件在使用过程中阻值逐渐增加，这种现象称为老化。当炉温超过1350℃后，这种老化现象更为剧烈，电阻甚至增大到使它不能再使用的地步。因此，使用过程中，炉温不得超过1350℃。
使用碳化硅棒的加热炉都是用变电器供电的，这是因为碳化硅棒冷态时其阻值较小，开始升温时要低压送电，随着炉温的升高碳化硅棒逐渐老化，为使炉子功率不变，需逐渐增加电压，以获得所需要的升温速度和炉温。碳化硅棒元件最好并联应用，一旦一根严重老化，不会影响其他几根的功率。
碳化硅棒性质脆、易折断，所以安装和操作时要小心谨慎。
（二）电阻加热炉
电阻加热炉的结构应满足下列要求：
（1）炉体轻、搬运、吊装、拆卸方便。
（2）炉体坚固耐用。
（3）加热炉内保温性能好。
（4）电阻线的布置应保证发热均匀。
电阻加热炉由两个半圆形对称的炉体组成，其结构如图9-9（a）所示，三通、大小头管度等焊口热处理可按被加热元件的形状和尺寸做成不同形状的异形电阻加热炉，如图9-9（b）、（c）所示，小直径排管尚可做成长条形电阻炉[见图9-9（d）]电阻炉的加热元件，可用电阻电热合金也可使用硅碳棒，几种圆形加热炉的尺寸见表9-4。
图9-9 电阻加热炉
（a）圆形电阻炉；（b）三通及管座焊口热处理电阻炉；（c）大小头层阀门焊口热处理电阻炉；（d）长条形排状焊口热处理炉
1—电阻线；2—砂土耐火砖；3—钢板；4—端板；5—角钢；6、7—垫板；8—螺丝；9—锣帽；10—钢板；11—角钢挂钩；12—钢板条；13—钢筋；14—固定钩
表9-4 几种圆形加热炉的尺寸
注 L1为电阻加热元件的宽度，S为管壁厚度。
电阻炉制成后，炉体应进行烘干处理，一般采用本身通电加热烘烤法，升温速度要缓慢，以免保温层龟裂。
使用硅碳棒作为加热元件时，硅碳棒固定要可靠。硅碳棒端部接线要用特制的接线夹，以免接触不良。
（三）远红外加热器
国外早在20世纪60年代已开始研制远红外辐射元件，70年代初已广泛用于生产，我国用于管道焊口热处理则是近10年来才发展起来的。远红外辐射加热的优点是：节约能源，加热效率高，且远红外线能够穿透到物质内部，使内部与表层同时加热，改善了加热效果。
远红外加热器是把热源的热能转换成远红外辐射能的最重要也是最基本的元器件，它由三部分组成，即：
（1）发热体。用电阻丝或电阻带构成发热体，以产生热能。
（2）基体。由碳化硅、氧化铝陶瓷等良好的远红外辐射材料构成，用以支撑发热体，并把发热体散发的热能有效的转换成远红外辐射能。
（3）附件。保证加热器正常工作的附属零件如金属支架，固定螺丝，插接件等。
用于管道预热或热处理的远红外加热器有四种基本款型，即指状元件加热器（简称指状加热器）、柔性陶瓷加热垫（履带式加热器）、绳状加热器和抱合式圆形加热器。
1.指状加热器
由多个指状元件组成，每个指状元件由两根粗的镍铬丝，外套5～8个一串的陶瓷套管状组成（见图9-10），每个指状元件的额定电压为1.3V（150A）。
图9-10 指状加热器
国产指状加热器有5～74指多种规格，可适用于φ35～φ710mm不同管径热处理的需要。表9-5列出的是某厂生产的指状加热器技术参数，供参考。
表9-5 某厂指状加热器技术参数
指状加热器的指数根据管子尺寸需要而变化，加热器的使用排数根据管子壁厚确定并联使用，但只有相同指数的加热器才能并联连接，否则可在线路中加入补偿电阻或调节器。
2.柔性陶瓷垫（履带式加热器）
由镍铬金属带或丝，放入规则排列和陶瓷小块内而成，国外一般多制作成几种标准尺寸和标准额定功率的加热器，加热器沿管子纵向或环向布置，根据管子加热部分所需尺寸和能量确定加热器的数量，以发挥每个加热器的最大功率。
目前我国各生产厂家均按管子直径加工成定功率，定尺寸的加热器，虽然使用方便，但加热器的储备量增多，给使用和保管带来一定不便。
履带式加热器的结构如图9-11所示，表9-6中列出的是某厂的JS加热器的技术参数，供参考。
图9-11 履带式加热器
表9-6 某厂履带式加热器技术参数
3.绳状加热器(www.xing528.com)
由多股镍铬电阻丝外穿陶瓷元件组装而成，适用于小直径管、异径管、弯口和其他加热器难以装入的地方加热使用。
使用时将绳状加热器螺旋形缠绕在工件上，宽度按规定为工件厚度的10倍左右为宜。如一根长度不够，可以两根（等长）并用或单根连接使用，缠绕时不能重叠。
国产绳状加热器的长度自2.5～20m，电流45～50A，功率1.2～11kW，表9-7中列出的是某厂的产品技术条件，供参考。
表9-7 某厂绳状加热器技术条件
4.抱合式圆形加热器
是将镍铬电阻丝串在陶瓷块中放入25～50mm厚的陶瓷纤维中外包不锈钢皮组成的两半圆形加热器，与圆形加热炉相似，一般根据管子尺寸制作，一种型号加热器适用于一种管径，表9-8列出的是某厂该类产品的技术条件，供参考。
表9-8 某厂抱合式圆形加热器的技术条件
（四）电源
任何型号的焊接电源或专用电源均可使用。
（五）专用热处理控温机
专用热处理控温机规格型号见表9-9。
表9-9 热处理控温机规格型号
现以ZKR—1型热处理自动控温机为例简介如下。
1.热处理自动控温机系统框
如图9-12所示，自动控温系统由程序给定，由相加器、调节放大器、可控硅调节器可控硅组、加热器、热电变送器、测量放大器、记录仪及过流保护、断偶保护等环节构成。
图9-12 自动控温机框图
（1）程序给定环节，按照工件热处理工艺要求，给定加热温度与时间的特性曲线，输出0～10mA电流。
（2）比较器，实际上是一个相加器，将程序给定环节与测量放大器输出两个量相加，得出差值，供给下级。
（3）调节放大环节，是设备的中心，调节特性的优劣主要依靠调节放大环节。它将给定环节与测量信号的差值进行放大，经过反馈（按比率，积分，微分），输出与输入符合传递函数量，供给可控硅调压器。
比如：积分、微分作用的数学表达式如下
1）输出量中取决于输入量的部分作用称为比例（P）作用，一般以比例带δ来度量，δ越大，比例作用越小，调节器放大系数越低，但有利于系统稳定，引起系统静态误差增大。反之δ越小，比例作用加强，调节器放大系数（1/δ增加），调节系统静态误差减小对调节系统稳定性不利。
2）输出量中取决于输入量积分
部分，称为积分作用。积分作用的强弱用积分时间T1来度量，时间T1增大，积分作用减弱，反之T1减小，积分作用增大。
积分作用在调节系统中主要是减小静态误差，但积分作用太强易于引起稳定性降低。
3）输出量中取决于输入量微分（1/δ·TDdxλ/dt）的部分作用，称之为微分（D）作用，微分作用的强弱用微分时间TD来度量。
微分时间TD越大微分作用越强，反之TD越小，微分作用越弱。
微分作用对于改善调节系统的品质（提高系统的稳定性，减小调节时间）起着很大作用，特别对于惰性大的调节对象，其作用意义更大。
（4）可控硅调压器，从原理上讲基本属于电压零触发，在三相电源电压分别过零时分别送来触发脉冲使可控硅导通，可使三相负载上得到连续的电流，如可控硅不导通，到负载上无电流，根据调节放大环节送来的电流大小，改变可控硅开、关的通断比，从而达到控制加热器的温度。
（5）可控硅组，是可控桥路，按照可控硅调压器触发脉冲而导通，以供给加热器热源。加热器是电阻配以红外块，进行加热。
（6）热电变送器，现在应用热电偶。
（7）测量放大器，将热电偶送来的信号经放大后，供记录及作为调节的比较信号。
2.程控仪
方框图如图9-13所示。
图9-13 程序给定仪方框图
（1）程序周期系统。
（2）平衡跟踪系统。
（3）信号输出系统。
由同步电动机通过一套变速机构传动至滚筒件，使滚筒上碳膜导电纸按一定时间的周期转动，由于导电纸上以按所需时间程序化成特性曲线，将导电纸分成二半面，曲线的左面与左触头连接，曲线的右面与右触头连接，当导电纸上触针在曲线左面时，触针与左触头接通，将控制电压引入放大器，放大后的信号送入可逆转电机的控制绕组，使可逆转电机转动并带动触针向右移动。但当触针移到曲线的右面时触针与右触头导通，将反向控制电压引入放大器经放大后进入可逆电机另一个可控绕组，使可逆电机带动触针向左移动，触针在曲线中间时它与左右触头都不接通，无信号电压进入放大器，可逆电机不动。因此触针只能在曲线中间。程序周期系统使滚筒上碳膜导电纸上曲线随所定周期而移动，再通过平衡跟踪系统使指示器上触针跟踪曲线。
信号输出系统的桥路中滑线电阻的滑臂和触针固连，因而滑臂的位置决定于触针的位置，而滑臂的位置也就决定了输出电流。
3.调节放大环节
调节放大环节输入端引入偏差信号，经LC滤波，滤除交流干扰信号进入放大器，经放大成电流，由于输出回路是半波整流得之，器直流分量经电容滤波后输出与偏差电压成一定函数关系的直流，其交流分量经反馈变压器二次引出反馈电压经全波整流；电容滤波成直流电压，经比例、微分、积分（P、I、D）阻容反馈回路后，与输入端偏差信号相比较，将其差值再传送到放大器内，放大器输出的一定电流，直至输入偏差信号为零，调节放大环节输出平衡为止。
4.电压调节器
电压调节器由滤波、“0”调节、整形、门、脉冲形成、功放及触发回路以及等周期开关等环节组成，其方框图见图9-14。
图9-14 电压调节器方框图
（1）滤波环节。滤除同步50Hz交流电压中高次谐波，滤波后得到很好的50Hz正弦波。
（2）移相环节。由于滤波等环节对50周产生相移，由移相回路将其移至与电源为“0”相角，同时改变相移可调节可控的触发时间，使得在开始升温时，可以小电流加温，逐步加大可控导通角加大电流，这种工作状态称为“软启动”。
由于三相电流的相位差120°，三相触发必用同步电源，由A相220V交流电源同步，由A相220V交流电源同步，B相和C相做A相的串联移相相互为120°。
（3）等周期开关。是由一个等周期的锯齿波形发生器产生固定的锯齿波，与调节放大器供给的直流电压相加，作为施密特触发器的触发信号，直流电压信号的大小直接控制施密特触发器的反转时间，用其作为门控制端以控制可控硅的触发脉冲。
（4）门电路。由周期开关施密特触发器的方波信号开门，分正负开门。
（5）整形电路。由移相回路来的正弦波经整形到方波，再经微分，形成正负光脉冲到门电路，开门时脉冲通过，关门时脉冲不通过。
（6）双稳态环节。由门回来的脉冲信号使触发器反转，输出推动功放，产生触发脉冲，触发可控硅。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
