CN104969020B - 红外线炉和用于红外线加热的方法 - Google Patents

红外线炉和用于红外线加热的方法 Download PDF

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Abstract

在将红外线加热应用于车身部件的大规模生产过程中，期望的是，在温度提升时间上的减小兼顾于能量节省，并且对红外线炉进行结构上的简化。红外线炉包括：排列在工件的一个表面侧上的多个红外线灯；以及设置在工件的相反表面侧上的反射表面。局部地调节红外线灯的输出，或者通过布置在红外线灯与工件的一个表面之间的构件来局部调节入射在工件的一个表面上的红外线的强度。以这种方式，可以向同一汽车零件赋予强度上的变化。

Description

红外线炉和用于红外线加热的方法
技术领域
(相关申请的交叉引用)
本申请主张基于2013年2月1日提交的日本专利申请2013-018876的优先权。其公开内容的全部内容通过对其引用结合到本文中。
本申请涉及红外线炉和用于红外线加热的方法。更特别地，本申请涉及红外线炉和用于金属板(或片)的红外线加热的方法。
背景技术
随着对减小车身的重量以及对确保安全以防碰撞的需求的增加，模压淬火方法作为用于汽车部件的制造方法正在引起注意。模压淬火方法是下述处理方法：在该处理方法中，通过在冲压金属模具中形成加热的钢板并且同时迅速使其冷却来执行对加热的钢板的淬火硬化。
作为对用于淬火硬化的钢板进行加热的方法，红外线加热方法正在引起注意。红外线加热方法是这样的方法：在该方法中，使红外线照射在工件上并且由工件吸收红外线，从而对工件进行加热。
关于汽车部件，例如车身部件，存在下述需求：赋予单个部件内的强度上的变化以节省将高强度部件焊接至低强度部件的劳力，从而制造单个目标部件。这样制造的单个部件具有下述优点：可以由高强度部分来实现高的强度，而低强度部分更容易处理。
以下是对与上述背景技术有关的某些专利文献的简单综述。
在专利文献1中，提出了下述技术：将预设形状的板构件放置在钢板与红外线灯之间，并且在对加热强度分布的设置中，使得钢板的未被板构件覆盖的表面侧的至少一部分的加热强度与该钢板的被板构件覆盖的表面侧的加热强度不同。
在专利文献2中，提出了一种红外线加热器，在该红外线加热器中，使高光强度的红外线照射在钢板的某些区域上，并且使较低的光强度的红外线照射在钢板的其它区域上。
在专利文献3中，提出了一种红外线加热器，在该红外线加热器中，响应于钢板的目标加热温度来选择点亮的红外线灯的数目，并且所点亮的红外线灯中的每个的输出强度被设置为相同的值。
在专利文献4中，提出了一种红外线加热器，在该红外线加热器中，为了实行对钢板的加热状态的分区控制，减小了布置在矩阵的一个或多个预设行中的灯的输出，同时增大了布置在矩阵的一个或多个其它行中的灯的输出。
在专利文献5中，提出了一种红外线加热器，在该红外线加热器中，在下述条件下开始对钢板的冲压成形：如上由红外线将钢板的一部分加热至Ar1转变点温度，而钢板的剩余部分的温度在室温与小于Ar1转变点的温度之间的范围内。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利第4575976号
专利文献2：日本专利特开第JP2011-200866A号
专利文献3：日本专利特开第JP2011-7469A号
专利文献4：日本专利特开第JP2011-99567A号
专利文献5：日本专利特开第JP2005-193287A号
发明内容
技术问题
通过本发明给出以下分析。
当将红外线加热应用于针对车身部件的大规模生产过程时，期望的是，温度提升时间上的减小和能量节省彼此兼顾(折衷)，并且红外线炉具有简化的结构。
问题的解决方案
在第一方面中，提供了一种红外线炉。该炉包括：
多个红外线灯，其指向工件的一个表面；以及
反射表面，其指向工件的相反表面以反射红外线。
入射在工件的一个表面上的红外线的强度取决于工件上的位置而变化。
在基于第一方面的第二方面中，提供了一种红外线炉，包括：
多个红外线灯，其指向工件的一个表面，并且具有可调节的输出；
反射表面，其指向工件的相反表面以反射红外线；以及
至少一个控制器，其取决于红外线灯与工件之间的位置关系来设置红外线灯的输出。
在基于第一方面的第三方面中，提供了一种红外线炉，包括：
多个红外线灯，其指向工件的一个表面；
反射表面，其指向工件的相反表面以反射红外线；以及
构件，其布置在多个红外线灯与工件的一个表面之间，以取决于工件上的位置来改变红外线的强度。
在第四方面中，提供了一种红外线加热方法，其包括以下步骤：
用红外线照射，使得入射在工件的一个表面上的红外线的强度将取决于工件的位置而变化；以及
用朝向工件的一个表面照射的红外线的反射线照射在工件的相反表面上。
本发明的有益效果
上述各个方面有助于：在温度提升时间上的减小与能量节省之间进行折衷(兼顾)；以及将红外线加热应用到部件如车辆部件等的大规模生产过程。
附图说明
[图1]图1为示出根据示例性实施方式的红外线炉的基本结构的框图。
[图2]图2为示出实验1的结果的曲线图。
[图3]图3(A)为示出根据示例性实施方式1的红外线炉的结构的示意图，以及图3(B)和图3(C)为示出由红外线炉加热的工件的特性分布的示意图。
[图4]图4(A)为示出根据示例性实施方式2的红外线炉的结构的示意图，以及图4(B)和图4(C)为示出由红外线炉加热的工件的特性分布的示意图。
[图5]图5(A)为示出根据示例性实施方式3的红外线炉的结构的示意图，以及图5(B)和图5(C)为示出由红外线炉加热的工件的特性分布的示意图。
[图6]图6(A)为示出根据示例性实施方式4的红外线炉的结构的示意图，以及图6(B)和图6(C)为示出由红外线炉加热的工件的特性分布的示意图。
[图7]图7(A)为示出根据示例性实施方式5的红外线炉的结构的示意图，以及图7(B)和图7(C)为示出由红外线炉加热的工件的特性分布的示意图。
[图8]图8为示出实验2的结果的曲线图。
[图9]图9(A)为示出根据示例性实施方式6的红外线炉的结构的示意图，以及图9(B)和图9(C)为示出由红外线炉加热的工件的特性分布的示意图。
[图10]图10(A)为示出根据示例性实施方式7的红外线炉的结构的示意图，以及图10(B)和图10(C)为示出由红外线炉加热的工件的特性分布的示意图。
[图11]图11(A)为示出根据示例性实施方式8的红外线炉的结构的示意图，图11(B)和图11(C)为示出由红外线炉加热的工件的特性分布的示意图，图11(D)为示出屏蔽红外线的构件的网状部分的示意图，以及图11(E)为示出网状部分的修改的示意图。
[图12]图12(A)为示出根据示例性实施方式9的红外线炉的结构的示意图，以及图12(B)为示出由红外线炉加热的工件的特性分布的示意图。
[图13]图13为示出实验3的结果的曲线图。
具体实施方式
根据本发明的示例性实施方式，可以通过简化的红外线炉结构来实现足够短的温度提升时间和能量节省的结合，所述简化的红外线炉结构包括分别设置在工件的一个表面侧和相反表面侧上的多个红外线灯和反射表面。另外，在其自身内表现出强度变化的这样的部件可以通过对入射在工件的一个表面上的红外线的局部光强度进行调节来获得。这样的调节可以通过对红外线灯的局部的输出调节或者通过对入射在工件的一个表面上的局部红外线的强度的调节(通过布置在红外线灯与工件的一个表面之间的构件来使得此调节可行)来实现。因而，可以减小过渡区域的尺寸，所述过渡区域即：在同一个部件中，在(冲压)成形时必然形成于第一区域和第二区域之间的具有逐渐改变的强度特性的区域，第一区域和第二区域在强度特性上彼此不同。过渡区域表现出介于第一区域的强度特性与第二区域的强度特性之间的强度特性。在尺寸上减小过渡区域的原因是第一区域与第二区域之间的温度差(即两个区域之间的热梯度)降低，并且因此每单位时间从第一区域流至第二区域的热量降低。因而，可以得到在特性上表现出剧变的部件，该特性上的剧变足以满足在强度分布上对高精确度的需求。
可以利用根据本发明的红外线加热来有益于钢板(或者片，在本文中统一由“板”来表示)的部分加热，对钢板的部分加热的目的在于对钢板部分地进行淬火硬化。例如，钢板具有其第一区域，其通过红外线加热来加热至奥氏体成形温度的温度，同时钢板具有其第二区域，其通过红外线加热来加热至奥氏体成形温度以下(未达到奥氏体成形温度)的温度。将具有这样的结果的温度分布的钢板提供至(冲压)成形过程，例如淬火硬化过程。在该淬火硬化过程中，以临界速率的冷却速率或超过临界速率的冷却速率对第一区域进行淬火和成形，以生成马氏体结构，同时，以在临界速率以下(未达到临界速率)的速率对第二区域进行冷却和成形，以生成贝氏体结构或铁素体结构。在第一区域与第二区域之间，必然形成表现出介于两个区域的特性之间的特性的过渡区域。
现在将详细说明上述第一方面的某些优选模式。使用下面阐述的模式，可以通过多个红外线灯的位置关系来设置入射或照射在工件的一个表面上的第一区域上的红外线的强度，以便高于入射或照射在第二区域上的红外线的强度。此外，在下面陈述的模式中，可以减小过渡区域T的尺寸。
工件具有经受预设的热处理的第一区域和不要经受预设的热处理的第二区域。多个红外线灯相对密集地排列在指向第一区域的位置上，并且一个或多个红外线灯相对稀疏地排列在指向第二区域的位置上。
工件具有经受预设的热处理的第一区域和不要经受预设的热处理的第二区域。在指向第一区域的位置上，将一个或多个红外线灯排列成相对靠近工件，而在指向第二区域的位置上，将一个或多个红外线灯排列成相对远离工件。
现在将对上述第二方面中的某些优选模式进行说明。利用下面阐述的模式，可以通过对多个红外线灯的局部调节来设置入射或照射在工件的一个表面上的第一区域上的红外线的强度，以便高于入射或照射在第二区域上的红外线的强度。此外，在下面阐述的模式中，可以减小过渡区域T的尺寸。
工件具有经受预设的热处理的第一区域和不要经受预设的热处理的第二区域。通过一个或多个控制器来设置多个红外线灯之中指向第一区域的一个或多个红外线灯的输出，以便高于指向第二区域的一个或更多个红外线灯的输出。
现在将对上述第三方面中的某些优选模式进行说明。使用下面阐述的模式，可以通过由构件提供的红外线屏蔽效果来设置入射或照射在工件的一个表面上的第一区域上的红外线的强度，以便高于入射或照射在第二区域上的光的强度。此外，在下面阐述的模式中，可以减小过渡区域T的尺寸。
工件具有经受预设的热处理的第一区域和不要经受预设的热处理的第二区域，并且构件被布置成介于第二区域与指向第二区域的一个或多个红外线灯之间。
构件可以是部分透射红外线的。通过构件部分地透射红外线，第二区域可以被充分地加热，使得可以防止由于从第一区域至第二区域的热传导而降低第一区域的温度。
构件也可以具有网状形状。通过构件的网状部分对一小部分红外线进行传输，第二区域也被充分加热，以防止否则会由从第一区域至第二区域的热传导引起的第一区域的温度降低。
优选地，可以将构件的轮廓勾画(描绘)成与第一区域或第二区域的轮廓一致。
(红外线的屏蔽部分或全部)构件可以由选自陶瓷、耐热板、耐热铁(钢)板以及耐热硅的材料形成。
优选地，红外线灯放射具有高能量密度并且适合于平面加热的近红外线，以对相对窄的区域进行加热。优选的波长范围为0.8微米至2微米。如果需要，也可以使用较长波长的红外线。
对于红外线灯，可以使用任意适合形状的灯。首先，细长管型灯是理想的，因为较低的成本以及利用该细长管型灯易于将其安装在红外线炉中。根据本发明，借助于该细长管型灯的使用，可以在给定的汽车部件中实现特性上的充分变化。
可以通过调节输送的电功率或调节流经放射红外线的阴极(灯丝)的电流量来控制一个或更多个红外线灯的输出强度。
适合于红外线加热的工件可以是各种种类的钢板，例如硼钢板、GA钢板和GI钢板，并且还可以是允许部分加热处理的任意其它适合的金属板。
优选地，反射表面为红外线反射率高的有光泽表面或者镜面。优选地，反射率为60％或者更高，70％或者更高，80％或者更高，90％或者更高。可以由如各种金属镀层(例如金镀层或银镀层)形成反射表面。
也可以通过一个或多个冷却材料来对工件的相反表面进行局部冷却。这使得可以引起工件的特性的点式改变。
优选地，根据工件的轮廓或期望的分布特性来二维地或三维地排列红外线灯。
通常，预设的热处理是用于淬火硬化的热处理。然而，其也可以是其它种类的热处理。
注意，只要本发明的有益效果可以由此被保持，就可以以期望的方式将以上的模式结合在一起。
参照附图，将参照附图来描述本发明的某些示例性实施方式。注意，为方便起见，将用于参考附图的符号附加至附图中的各个要素，并且不意在将本发明限制于所示出的模式。
<红外线炉的基本结构>
参照图1，将对根据本发明的示例性实施方式的红外线炉10的基本结构进行说明。红外线炉10包括：指向工件W的一个表面的多个红外线灯1；指向工件W的相反表面以对红外线进行反射的反射表面3；以及能够分别地对红外线灯1中的每一个的输出进行设置的控制器4。控制器4实行对多个红外线灯1的开/关控制和输出控制。
在红外线炉10中，可以使得入射在工件W的一个表面上的红外线的强度根据工件W上(或内)的位置而变化。
对工件W的一个表面上的入射光强度的这样的部分调节可以通过利用多个红外线灯1的局部输出调节、可自由地调节的屏蔽红外线的构件5的输出或者通过利用上述二者来完成。
可以以与红外线灯1一一对应的方式来设置多个控制器4，然后可以分别地对红外线灯1的输出进行调节。如图1所示，在工件W被多个销钉从下面支承的情况下，优选地将红外线灯1布置在上侧。在工件W从上面被悬挂的情况下，优选地将多个红外线灯1布置在下侧。在随后将提及的各种示例性实施方式中，将一个或更多个控制器4以多种方式用于对多个红外线灯1的输出调节。
现在将参照下面实验1的结果来对从反射表面3的设置所得到的某些有益效果进行说明。
<实验1>
针对单侧加热和双侧加热来对厚度为1.6mm的硼钢板的温度提升速度进行测量。如图1所示，在单侧加热中，仅在工件W的单侧上提供多个红外线灯1，并且在工件W的相反侧提供反射表面3。在双侧加热中，在工件W的单侧上提供多个红外线灯1，同时在工件W的相反侧上提供另外的多个红外线灯1。同时，对在工件W(硼钢板)的单侧上的温度与在工件W的相反侧上的温度之间的温度差进行测量。注意，因为需要为双侧加热提供的红外线灯1的数目是为单侧加热提供的红外线灯1的数目的两倍，所以用于双侧加热所需电功率是用于单侧加热所需电功率的两倍。
图2描绘了示出硼钢板在单侧加热的情况下的温度提升速度和在双侧加热的情况下的温度提升速度的曲线图。从图2看出，针对单侧加热情况的温度从室温升高达到900摄氏度所用去的时间和针对双侧加热情况的温度从室温升高达到900摄氏度所用去的时间分别为31.4秒和29.6秒，这表明二者之间不存在显著差异。因此可以看出，通过单侧加热可以在实现节电的同时获得足够短的钢板温度提升时间。注意，即使在单侧加热的情况下，钢板的一侧与相反侧之间的温度差被抑制成不大于5摄氏度，这样的温度差处于在温度控制方面不成问题的水平。
<示例性实施方式1>
图3(A)描绘了示意性示出根据示例性实施方式1的红外线炉的内部结构的正视图。图3(B)描绘了示出图3(A)的红外线灯和工件的俯视图，以及图3(C)描绘了示出由图3(A)的红外线炉加热的工件的特性分布的俯视图。
参照图3(A)和图3(B)，示例性实施方式1的红外线炉10包括：指向工件W的一个表面的多个红外线灯1；以及指向工件W的相反表面以对红外线进行反射的反射表面3。可以对红外线灯的输出值进行调节。
在多个红外线灯1当中，将指向工件W的第一区域R1的红外线灯1a打开，以便以如由图1所示的控制器4设置的输出值来放射红外线2a，同时将指向工件W的第二区域R2的红外线灯1b关闭。因此，选择性地将红外线2a入射或照射在第一区域R1上。注意，此时可以拆下红外线灯1b。
在工件W的相反表面侧上，红外线2a的一部分从反射表面3被反射以生成反射线2c，其随后入射在工件W的相反表面上。
参照图3(C)，通过上述红外线加热在工件W中形成具有温度差的第一区域R1和第二区域R2，所述温度差将允许赋予特性如强度上的差异。例如，将第一区域R1加热至用于淬火硬化所需的温度或者该温度以上的温度，并且随后迅速冷却以产生高强度和高硬度。将第二区域R2加热至淬火硬化温度以下(未达到淬火硬化温度)的温度，并且随后冷却以产生低强度和低硬度。注意，在第一区域R1与第二区域R2之间必然形成过渡区域T。过渡区域T表现出介于第一区域R1的特性与第二区域R2的特性之间的特性。
<示例性实施方式2>
图4(A)描绘了示出根据示例性实施方式2的红外线炉的内部结构的示意性正视图。图4(B)描绘了示出工件和多个红外线灯的俯视图，以及图4(C)描绘了示出由图4(A)的红外线炉加热的工件的特性分布的俯视图。
参照图4(A)，示例性实施方式2的特征为：由图1所示的控制器4根据红外线灯1与工件W之间的位置关系来设置多个红外线灯1的输出值。在下面对示例性实施方式2的说明中，主要说明了本示例性实施方式2与上述示例性实施方式1的不同点。关于本示例性实施方式2和示例性实施方式1共同的内容，必要时可以参考对示例性实施方式1的说明。
参照示出示例性实施方式2的红外线炉10的图4(A)和图4(B)，在多个红外线灯1当中，指向工件W的第一区域R1的那些红外线灯1a放射较高光强度的红外线2a。另一方面，指向工件W的第二区域R2的红外线灯1b放射较低光强度的红外线2b。因此，较高光强度的红外线2a入射在所述一个表面的第一区域R1上，同时较低光强度的红外线2b入射在该表面的第二区域R2上，与此同时，来自反射表面3的反射线2c入射在工件W的相反(其它)表面上。
参照图4(C)，作为示例性实施方式2的红外线加热的结果，在第一区域R1与第二区域R2之间形成了在宽度上比示例性实施方式1的过渡区域T更窄的过渡区域T。原因在于，在示例性实施方式2中，指向第二区域R2的红外线灯1b也被打开了，并且从而减小了第一区域R1与第二区域R2之间的温度差。因此，降低了每单位时间从第一区域R1至第二区域R2的热通量，以抑制与第二区域R2相邻的第一区域R1的一部分的温度下降至淬火硬化温度以下的温度。
<示例性实施方式3>
图5(A)描绘了示出根据示例性实施方式3的红外线炉的内部结构的示意性正视图。图5(B)描绘了示出图5(A)的工件和多个红外线灯的俯视图，以及图5(C)描绘了示出由图5(A)的红外线炉加热的工件的特性分布的俯视图。
参照图5(A)，示例性实施方式3的特征为：通过依赖于红外线灯1的排列密度、取决于工件W上的位置来改变入射在工件W的一个表面上的红外线的强度。在下面对示例性实施方式3的说明中，主要说明了本示例性实施方式3与上述示例性实施方式2的不同点。关于两个示例性实施方式共同的内容，必要时参考对示例性实施方式2的说明。
参照图5(A)和图5(B)，在本示例性实施方式3的红外线炉10中，多个红外线灯1a相对密集地排列在指向第一区域R1的位置处，而一个或多个红外线灯1b相对稀疏地排列在指向第二区域R2的位置处。因此，虽然红外线灯1a和红外线灯1b以相同的光强度来放射红外线，但是高光强度的红外线2a投射在第一区域R1的一个表面上，而低光强度的红外线2b投射在第二区域R2的一个表面上，与此同时，来自反射表面3的反射线2c投射在工件W的相反表面上。
参照图5(C)，作为示例性实施方式3的红外线加热的结果，在第一区域R1与第二区域R2之间形成了在宽度上比示例性实施方式1的过渡区域T更窄的过渡区域T。原因在于，在示例性实施方式3中，指向第二区域R2的一个或多个红外线灯1b也被点亮(打开)了。
<示例性实施方式4>
图6(A)描绘了示出根据示例性实施方式4的红外线炉的内部结构的示意性正视图。图6(B)描绘了示出图6(A)的工件和多个红外线灯的俯视图，以及图6(C)描绘了示出由图6(A)的红外线炉加热的工件的特性分布的俯视图。
参照图6(A)，示例性实施方式4的特征为：通过依赖于红外线灯1与工件W之间的距离、取决于工件W上的位置来改变入射在工件W的一个表面上的红外线的强度。在下面对示例性实施方式4的说明中，主要说明了本示例性实施方式4与上述示例性实施方式2的不同点。关于两个示例性实施方式共同的内容，必要时参考对示例性实施方式2的说明。
参照图6(A)和图6(B)，在本示例性实施方式4的红外线炉10中，多个红外线灯1a相对靠近工件W而排列在指向第一区域R1的位置处，而多个红外线灯1b相对远离工件W而排列在指向第二区域R2的位置处。因此，虽然红外线灯1a和红外线灯1b以相同光强度来放射红外线，但是高光强度的红外线2a投射在第一区域R1的一个表面上，而低光强度的红外线2b投射在第二区域R2的一个表面上，与此同时，来自反射表面3的反射线2c投射在工件W的相反表面上。
参照图6(C)，作为示例性实施方式4的红外线加热的结果，在第一区域R1与第二区域R2之间形成了在宽度上比示例性实施方式1的过渡区域T更窄的过渡区域T。原因在于，在示例性实施方式4中，指向第二区域R2的一个或更多个红外线灯1b也被点亮(打开)了。
现在将说明通过依赖于由构件等的红外线屏蔽效果、取决于工件上的位置来改变入射在工件上的红外线的强度的示例性实施方式。
<示例性实施方式5>
图7(A)描绘了示出根据示例性实施方式5的红外线炉的内部结构的示意性正视图。图7(B)描绘了示出图7(A)的工件和多个红外线灯的俯视图，以及图7(C)描绘了示出由图7(A)的红外线炉加热的工件的特性分布的俯视图。
参照图7(A)和图7(B)，本示例性实施方式5的红外线炉10包括：指向工件W的一个表面并且具有可调节的输出值的多个红外线灯1；以及指向工件W的相反表面以对红外线进行反射的反射表面3。红外线炉10还包括板状构件5，其布置于多个红外线灯1与工件W的一个表面之间，以取决于工件W上的位置来改变投射在工件W上的红外线的强度。构件5放置在工件W的第二区域R2与指向第二区域的多个红外线灯1b之间。构件5具有与第一区域R1和第二区域R2的期望的一个或更多个轮廓一致的曲线轮廓。
当打开红外线灯1时，由红外线灯1a和红外线灯1b组成的红外线灯1以相同强度放射红外线。来自指向工件W的第一区域R1的红外灯1a的红外线2a直接投射在第一区域R1上。另一方面，从红外线灯1b放射的红外线2d被构件5遮蔽，该红外线灯1b经由构件5指向工件W的第二区域R2。因此，虽然红外线灯1a和红外线灯1b以相同光强度放射红外线，但是照射第一区域R1的红外线的强度大于投射在第二区域R2上的红外线的强度。
在工件W的相反表面侧上，红外线2a的一部分被反射表面3反射，以形成反射线2c，其随后投射在工件W的相反表面上。这防止了指向构件5的第二区域R2的温度变得太低。还可以基于反射表面3的红外线反射率来控制第二区域R2的温度，以便改变现在将要讨论的过渡区域T的宽度。
参照图7(C)，通过上述红外线加热在工件中形成第一区域R1和第二区域R2，所述第一区域和第二区域表现出温度差别，以便向工件W赋予特性例如强度上的差异。例如，将第一区域R1加热至淬火硬化所需的温度或者该温度以上的温度，并且随后迅速冷却至高强度和高硬度。将第二区域R2加热至淬火硬化温度以下的温度，并且随后冷却至低强度和低硬度。注意，在第一区域R1与第二区域R2之间必然形成过渡区域T。过渡区域T具有介于第一区域R1与第二区域R2之间的特性。因为指向第二区域R2的红外线灯1b也被打开，并且来自反射表面3的反射线2c提供用于工件W的相反表面的额外的加热，所以在第一区域R1与第二区域R2之间生成的过渡区域T比示例性实施方式1中的过渡区域T变得更窄。注意，通过示例性实施方式5的构件对红外线的部分遮蔽可以与上述对示例性实施方式2的红外线灯的输出调节相结合来使用。
现在将验证构件5的遮蔽效果，以作为被参照的现在将阐明的实验2的结果。
<实验2>
在图7(A)所示的红外线炉10中，使用遮蔽红外线的构件5，通过红外线对钢板(工件W)进行加热，并且迅速或者非迅速地对其进行冷却，使得钢板将被部分地淬火(淬火硬化)。然后，沿钢板的纵向方向(即沿图7(C)的左右方向)对维氏硬度分布进行测量。注意，钢板的维氏硬度与其强度成正比。所使用的工件W为500mm长、300mm宽和1.6mm厚的硼钢板。作为构件5，使用50mm宽的第一板构件和100mm宽的第二板构件。这些板构件被放置在硼钢板与红外线灯1之间。沿钢板的纵向方向放置第一板构件，使得第一板构件的中心在当从硼钢板的纵向端测量时为100mm处，同时放置第二板构件，使得第二板构件的中心在当从硼钢板的纵向端测量时为400mm处。此外，为了比较起见，在不使用第一板构件和第二板构件的情况下，对上述硼钢板进行红外线加热，并且随后进行冷却，在这之后以与上面类似的方式对维氏硬度分布进行测量。
图8描绘了示出实验2的结果的曲线图。空心方形块表示在使用第一板构件和第二板构件执行红外线加热的情况下沿纵向方向的硬度分布。另一方面，黑色实心圆形块表示在不使用这些板构件执行红外线加热的情况下沿纵向方向的硬度分布。
在审视图8所示的维氏硬度分布时，看到的是，宽度为50mm的第二区域R2形成于宽度为50mm的第一板构件之下，并且宽度为20mm的过渡区域T形成在第二区域R2的每一侧。还看到，宽度为100mm的另一个第二区域R2形成于宽度为100mm的第二板构件之下，并且宽度为20mm的另一个过渡区域T形成于第二区域R2的每一侧，而工件的剩余部分为第一区域R1。
根据以上，已经确认的是：通过由构件5部分地遮蔽红外线，可以产生在其自身内表现出强度变化的这样的部件。此外，如在实验1中，即使在构件5正下方的区域中，也几乎观察不到在工件W的一个侧表面与相反侧表面之间的温度差上的任何改变。该结果被认为可归因于将反射表面3布置在工件W的相反表面侧上。还可以推测到的是，在反射表面3等的作用下过渡区域T的宽度已经被减小了。
<示例性实施方式6>
图9(A)描绘了示出根据示例性实施方式6的红外线炉的内部结构的示意性正视图。图9(B)描绘了示出图9(A)的工件和多个红外线灯的俯视图，以及图9(C)描绘了示出由图9(A)的红外线炉加热的工件的特性分布的俯视图。
参照图9(A)，示例性实施方式6的特征为：将一个或多个蓄热材料6围绕或部分地围绕工件W而布置在与工件W相对的地方。在下面对示例性实施方式6的说明中，主要说明了本示例性实施方式6与上述示例性实施方式5的不同点。关于两个示例性实施方式共同的内容，必要时参考对示例性实施方式5的说明。
仍参照图9(A)，在示例性实施方式6的红外线炉10中，将多个红外线灯1布置在工件W的上方，并且将蓄热材料6布置在工件的其余三侧。
一个或更多个蓄热材料6放射存储于其中的热，以帮助将第二区域R2加热至例如淬火硬化温度以下的温度。对于也可以在其它示例性实施方式中使用的蓄热材料6，作为示例为陶瓷耐热板等。
<示例性实施方式7>
图10(A)描绘了示出根据示例性实施方式7的红外线炉的内部结构的示意性正视图。图10(B)描绘了示出图10(A)所示的工件W和多个红外线灯的俯视图，以及图10(C)描绘了示出由图10(A)的红外线炉加热的工件的特性分布的俯视图。
参照图10(A)，示例性实施方式7的特征为：将表现出将红外线部分地从其透射出来的性质的板用作构件5。在下面对示例性实施方式7的说明中，主要说明了本示例性实施方式7与上述示例性实施方式5的不同点。关于两个示例性实施方式共同的内容，必要时参考对示例性实施方式5的说明。
参照图10(A)和图10(B)，在示例性实施方式7的红外线炉10中，从指向构件5的多个红外线灯1b所放射的红外线2d的一部分可以透射通过构件5以形成透射线2e，该构件5对于红外线表现出部分光透射的性质。因此，透射线2e可以投射在工件W的第二区域R2的一个表面上。因而，即使多个红外线灯1a和红外线灯1b以相同的光强度进行放射，但是入射在第一区域R1上的红外线2a的强度比入射在第二区域R2上的红外线的强度(即透射线2e的强度)高。然而，因为第二区域R2也被反射线2c和透射线2e充分加热，所以过渡区域T的宽度较窄。注意，对于红外线表现出部分光透射性质的构件5可以由表现出期望的光透射率的半透明陶瓷或彩色石英玻璃形成。
<示例性实施方式8>
图11(A)描绘了示出根据示例性实施方式8的红外线炉的内部结构的示意性正视图。图11(B)为示出图11(A)的工件和多个红外线灯的俯视图，以及图11(C)为示出由图11(A)的红外线炉加热的工件的特性分布的俯视图。图11(D)描绘了图11(B)中示出的构件的局部放大视图，以及图11(E)为示出图11(D)中示出的构件的修改的俯视图。
参照图11(B)，示例性实施方式8的特征为：将网状板用作构件5。在下面对示例性实施方式8的说明中，主要说明了本示例性实施方式8与上述示例性实施方式7的不同点。关于两个示例性实施方式共同的内容，必要时可以参考对示例性实施方式7的说明。
参照图11(A)和图11(B)，在示例性实施方式8的红外线炉10中，因为构件5具有网状形状，所以从指向构件5的多个红外线灯1b放射的红外线2d的一部分透射通过构件5，以投射在工件W的第二区域R2的一个表面上。因而，即使多个红外线灯1a和红外线灯1b以相同的光强度进行放射，但是入射在第一区域R1上的红外线2a的强度比入射在第二区域R2上的透射线2e的强度高。然而，因为第二区域R2也被反射线2c和透射线2e充分加热，所以过渡区域T的宽度较窄。
如图11(D)所示，网可以为方格(或网格)的形式，或者可以如图11(E)所示为蜂巢形或六边形以提高机械强度等。构件5可以由具有网状形状的陶瓷或者由多孔陶瓷形成。
<示例性实施方式9>
图12(A)描绘了部分示出根据示例性实施方式9的红外线炉的内部结构的正视图，以及图12(B)为示出由图12(A)的红外线炉加热的工件的特性分布的俯视图。
参照图12(A)，示例性实施方式9的红外线炉包括对工件W的相反表面进行局部冷却的冷却材料(冷却体)7，7。参照图12(B)，如果在图12(A)的状态下执行图3(A)所示或者其它方式的红外线加热，则工件W的与冷却材料7，7处于加压接触的部分结果变成第二区域R2，R2。工件中位于第二区域R2，R2周围的部分结果分别变成过渡区域T，T，而工件的剩余部分为第一区域R1。必要时可以将这样的冷却材料7添加至上述各个示例性实施方式的红外线炉10。
所使用的冷却材料7可以是热吸收构件，例如，具有其中密封有陶瓷或钠的金属构件。这样的热吸收构件可以采用对工件W进行支承的销钉的形式。冷却材料7还可以采用流体介质(水或空气)的形式，所述流体介质从布置在工件W的相反侧表面上的喷嘴被喷出。在这种情况下，也可以结合使用上述金属构件。
<实验3>
现在将基于实验结果对用于取决于分区设置温度(例如，约400摄氏度至900摄氏度)来对红外线灯的输出进行调节的示例调节方法进行说明。将厚度为1.6mm、长度为100mm以及宽度为80mm的硼钢板用作要进行红外线加热的工件。将热电偶安装在工件的中部处，以及从多个红外线灯中的每个输出的红外线的强度在约50％至100％的范围内变化以用于加热。对硼钢板的温度变化进行测量。
图13描绘了示出实验3的结果的曲线图。具体地，该图示出了由入射在钢板上的红外线的强度上的差异引起的钢板的加热温度上的差异。从图13看出，可以通过调节红外线灯的输出来自由地设置钢板温度，并且也可以通过对多个红外线灯的部分输出的调节来自由地设置钢板的多个预设区域的温度。
除非另有说明，否则可以结合使用上述多个示例性实施方式。
虽然上面已经描述了本发明的某些优选示例性实施方式，但是本发明不限于这些示例性实施方式，并且可以在不偏离本发明的基本技术概念的范围内可以受到进一步的改变、替换或调整。
包括上面表明的专利文献的已知技术文献的公开内容通过对其引用结合到本文中。可以基于本发明的基本技术概念在本发明包括权利要求的全部公开内容的全部范围内，对特定的示例性实施方式或示例进行修改或调整。此外，可以在公开内容的概念内对本文所公开的要素(包括权利要求、示例性实施方式、示例或附图的各种要素)进行各种组合或选择。要理解的是，本发明可以包括本领域技术人员根据包括本发明的技术概念和权利要求的全部公开内容而可以想到的各种改变或修正。尤其是，如果在本文中陈述了数值范围，则即使未明确对此进行说明，所述数值范围也应被解释为表示包括在所陈述范围内的任意可选数值或者子范围。
工业实用性
本发明可以用于有益于车辆部件(例如作为车门部件的各种支柱、侧梁或防撞杆)的热处理或加热/成形，然而，本发明不限于此，即通常用于制造机器的零件或部件。
附图标记列表
1 多个红外线灯
1a 指向第一区域的一个或更多个红外线灯
1b 指向第二区域的一个或更多个红外线灯
2a 从指向第一区域的红外线灯放射的红外线；高光强度的红外线
2b 从指向第二区域的红外线灯放射的红外线；低光强度的红外线
2c 反射线
2d 要由构件遮蔽(屏蔽)的红外线
2e 透射线
3 反射表面
4 控制器
5 遮蔽红外线或部分透射红外线的构件
6 (一个或多个)蓄热材料
7 (一个或多个)冷却材料
10 红外线炉；红外线加热设备
W 工件
R1 第一区域；高强度和高硬度的区域
R2 第二区域；低强度和低硬度的区域
T 逐渐改变的区域；过渡区域
10 红外线炉

Claims (11)

1.一种红外线炉，包括：
多个红外线灯，其指向工件的前表面；
反射表面，其指向所述工件的后表面，以反射红外线；以及
一个或多个构件，其被布置在所述多个红外线灯与所述工件的前表面之间；所述一个或多个构件使入射在所述工件上的红外线的强度取决于所述工件上的位置而变化；
其中，所述红外线被配置成入射在所述工件的前表面上以在强度上取决于所述工件上的位置而变化，使得所述工件能够表现非均质或非均匀的强度分布。
2.根据权利要求1所述的红外线炉，进一步包括：
至少一个控制器，其取决于所述红外线灯与所述工件之间的位置关系来设置所述多个红外线灯的输出。
3.根据权利要求1所述的红外线炉，其中，
所述工件具有要经受预设的热处理的第一区域和不要经受所述预设的热处理的第二区域；
所述多个红外线灯相对密集地排列在指向所述第一区域的位置上；
至少一个红外线灯相对稀疏地排列在指向所述第二区域的位置上。
4.根据权利要求1所述的红外线炉，其中，
所述工件具有要经受预设的热处理的第一区域和不要经受所述预设的热处理的第二区域；
至少一个红外线灯被相对靠近所述工件地布置在指向所述第一区域的位置上；
至少一个红外线灯被相对远离所述工件地布置在指向所述第二区域的位置上。
5.根据权利要求2所述的红外线炉，其中，
所述工件具有要经受预设的热处理的第一区域和不要经受所述预设的热处理的第二区域；
在所述多个红外线灯当中，指向所述第一区域的红外线灯中的至少一个的一个或多个输出由所述至少一个控制器进行设置，以便高于指向所述第二区域的红外线灯中的至少一个的一个或多个输出。
6.根据权利要求1所述的红外线炉，其中，
所述工件具有要经受预设的热处理的第一区域和不要经受所述预设的热处理的第二区域；
所述构件被布置在所述第二区域与指向所述第二区域的红外线灯中的至少一个之间。
7.根据权利要求1所述的红外线炉，其中，
一个或多个蓄热材料被布置在所述工件的周围。
8.根据权利要求1所述的红外线炉，其中，
所述工件是部分透射红外线的。
9.根据权利要求1所述的红外线炉，其中，
所述构件具有网状形状。
10.根据权利要求1所述的红外线炉，进一步包括：
一个或多个冷却材料，其对所述工件的后表面进行局部冷却。
11.一种用于表现非均质或非均匀的强度分布的红外线加热方法，包括：
用红外线照射工件的前表面，使得入射在所述前表面上的红外线的强度将以所述工件能够表现非均质或非均匀的强度分布的方式取决于所述工件上的位置而变化；以及
用照射到所述工件的前表面的红外线的反射线照射在所述工件的后表面上；其中
当用红外线照射所述工件的前表面时，通过布置在多个照射红外线的红外线灯与所述工件的前表面之间的构件来使入射在所述工件上的红外线的强度取决于所述工件上的位置而变化。
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