什么是感應(yīng)加熱？

發(fā)布時間：2019-04-01 已經(jīng)有1人查過此文章返回故障排查列表

海瑞拓感應(yīng)加熱設(shè)備使用電磁感應(yīng)加熱應(yīng)用于多個行業(yè)的應(yīng)用。但什么是感應(yīng)加熱？它與其他加熱方法有何不同？

感應(yīng)線圈加熱金屬
對于那些不熟悉感應(yīng)加熱的人來說，在幾秒鐘內(nèi)觀看線圈中的一塊金屬變成櫻桃紅可能會令人驚訝

感應(yīng)加熱是一種迷人的加熱方法。對于那些不熟悉電磁感應(yīng)的人來說，在線圈中觀看一塊金屬片會在幾秒鐘內(nèi)變成櫻桃紅色。感應(yīng)加熱是一種多物理現(xiàn)象，包括電磁，傳熱，冶金和電路分析的復(fù)雜相互作用，它們緊密相關(guān)且高度非線性，因為材料的物理性質(zhì)取決于溫度，磁場強度和微觀結(jié)構(gòu)。同時，感應(yīng)加熱背后的基本概念很容易理解。

基礎(chǔ)

使交流電（AC）通過感應(yīng)線圈（例如，螺線管多匝線圈）產(chǎn)生交變磁場，其以與線圈電流相同的頻率振蕩。60Hz AC將導(dǎo)致磁場每秒振蕩60次，400kHz AC將導(dǎo)致磁場每秒振蕩400,000次。

這種隨時間變化的磁場在靠近感應(yīng)線圈的導(dǎo)電物體中感應(yīng)出渦電流（法拉第電磁感應(yīng)定律）。感應(yīng)電流也以相同的頻率振蕩; 然而，它以與線圈電流相反的方向流動（Lenz'定律）。

在導(dǎo)電材料的感應(yīng)加熱（IH）中存在兩種發(fā)熱機制。產(chǎn)生熱量的主要機制與熱量產(chǎn)生導(dǎo)體對感應(yīng)電流的固有抵抗力（焦耳效應(yīng)）。焦耳熱產(chǎn)生通常被稱為I ²R加熱，因為熱量產(chǎn)生的大小與材料的電阻和其內(nèi)部感應(yīng)的總電流的平方成比例。

當(dāng)加熱鐵磁材料（例如碳鋼）并且與磁滯（磁化 - 退磁循環(huán)）相關(guān)聯(lián)時，發(fā)生第二發(fā)熱機制。由于分子之間的內(nèi)部摩擦，在磁疇反轉(zhuǎn)期間消散熱能。磁滯磁熱產(chǎn)生與所施加的頻率和磁滯回線的面積成比例，磁滯回線是化學(xué)成分，晶粒尺寸，溫度，磁場強度和頻率的復(fù)雜函數(shù)。

感應(yīng)加熱與其他加熱方法相比如何？

有許多方法可以加熱金屬材料，包括使用燃氣爐，流化床爐，鹽浴，紅外線加熱器等。這些方法在工件表面提供熱量產(chǎn)生。對流和熱輻射。由于來自表面的熱傳導(dǎo)，工件的表面下區(qū)域和芯部被加熱。感應(yīng)加熱根本不同，因為它產(chǎn)生內(nèi)部熱量。

內(nèi)部產(chǎn)生熱量的能力 - 結(jié)合選擇性加熱和高加熱強度能力 - 是這種加熱方法的非常有吸引力的特征。IH的這種固有特性可實現(xiàn)高產(chǎn)量，高效率和可重復(fù)的加熱。

由于電磁趨膚效應(yīng)，大約86％的感應(yīng)功率（發(fā)熱）集中在導(dǎo)體的表面層內(nèi)，通常稱為電流穿透（或參考）深度。該深度與電阻率的平方根成比例，并且與電頻率的平方根和工件的相對磁導(dǎo)率成反比。

與較高頻率相比，較低頻率促進更深的熱量產(chǎn)生。例如，熱鋼中的當(dāng)前穿透深度從60Hz處的72mm變化到10kHz處的5.6mm。

當(dāng)前的穿透深度也是溫度的函數(shù)（由于電磁特性的溫度依賴性），并且當(dāng)將碳鋼加熱到適合于熱加工的溫度時可以增加10倍以上。

海拓公司通過利用我們的經(jīng)驗，工程專業(yè)知識，計算機模擬能力以及行業(yè)領(lǐng)先的實踐和理論知識，在開發(fā)感應(yīng)加熱工藝時提供避免令人不快的意外的能力。

感應(yīng)加熱的優(yōu)點

深度發(fā)熱與高熱強度（如果需要）快速結(jié)合在工件上的明確區(qū)域的能力是該技術(shù)的一個有吸引力的特征，導(dǎo)致具有可重復(fù)質(zhì)量的低工藝循環(huán)時間（高生產(chǎn)率）。高度可控的熱強度范圍從適中的速率（例如，用于回火和消除應(yīng)力的應(yīng)用低至2°C-3°C / s）到高熱強度（例如，在齒輪硬化中超過800°C / s）開發(fā)和優(yōu)化各種加熱過程。
感應(yīng)加熱比大多數(shù)其他加熱方法更節(jié)能環(huán)保，包括燃氣爐，鹽和鉛浴，滲碳或氮化系統(tǒng)。可以容易地去除由于存在殘留潤滑劑或其他表面污染物而可能產(chǎn)生的任何煙霧。顯著減少熱量暴露是另一個有助于感應(yīng)加熱器的環(huán)境友好性和人體工程學(xué)的因素。安全方面的優(yōu)勢（既不使用燃燒也不使用環(huán)境污染物）與降低機器操作員的勞動力成本和提高效率相結(jié)合，使IH成為具有吸引力的投資并獲得豐厚回報。
感應(yīng)加熱提供了顯著更高的加熱金屬材料表面質(zhì)量，并且顯著降低了氧化皮和脫碳。因此，可以減少或消除對再滲碳和/或金屬去除的需要。使用IH碳鋼（與使用燃氣爐相比）獲得的2到4倍的氧化皮減少可以節(jié)省大量成本。
感應(yīng)系統(tǒng)通常需要更短的啟動和關(guān)閉時間，消除或顯著減少非生產(chǎn)性加熱的空閑時間。在非操作條件下不需要能量來建立或保持熱量。
感應(yīng)加熱的其他吸引人的功能是逐件處理功能，具有單獨的組件可追溯性。設(shè)備也很容易實現(xiàn)自動化，并且可以使用先進的過程控制和高精度的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。
感應(yīng)加熱提供高產(chǎn)品質(zhì)量，可重復(fù)性和熱處理部件的高尺寸穩(wěn)定性，具有低失真。在某些情況下，形狀變形非常小，可以消除后續(xù)的幾何校正操作（例如，利用SHarP-C技術(shù)進行凸輪軸表面硬化可以消除矯直操作的需要）。

加熱電感器

感應(yīng)加熱系統(tǒng)的主要組成部分是電感器，電源，負載匹配站，水冷和淬火（用于熱處理應(yīng)用）系統(tǒng)，控制器，總線網(wǎng)絡(luò)和工件本身。

加熱電感器，電感器，感應(yīng)線圈和線圈都是可互換地用于在工件中提供IH效應(yīng)的電氣設(shè)備的術(shù)語。電感器通常簡稱為線圈，但其幾何形狀并不總是類似于經(jīng)典的圓形線圈形狀。

電感器不僅在形狀和形狀方面而且在尺寸上都有很大差異，通常設(shè)計用于特定應(yīng)用或類似應(yīng)用的系列。

感應(yīng)加熱

與一些燃燒方法不同，無論批量大小如何，感應(yīng)加熱都是高度可控的。通過感應(yīng)線圈改變電流，電壓和頻率，可實現(xiàn)微調(diào)的工程加熱，非常適用于硬化和回火，應(yīng)力消除，退火和其他形式的熱處理等應(yīng)用。高精度對于汽車，航空航天，軍事，越野機械以及石油和天然氣等關(guān)鍵行業(yè)至關(guān)重要，僅舉幾例。感應(yīng)加熱的優(yōu)點可以在諸如光纖，粘接，線材硬化，回火，釬焊，焊接，密封，涂層等應(yīng)用中看到。感應(yīng)加熱非常適合涉及鈦，貴金屬和一些的特殊金屬應(yīng)用。先進的復(fù)合材料。通過感應(yīng)提供的精確加熱控制是無與倫比的。此外，使用與真空坩堝加熱應(yīng)用相同的加熱基礎(chǔ)，可以在大氣下進行感應(yīng)加熱以用于連續(xù)應(yīng)用。例如，不銹鋼管和管的光亮退火。

感應(yīng)熔化

對于許多工藝，熔化是生產(chǎn)有用產(chǎn)品的第一步; 感應(yīng)熔化快速有效。通過改變感應(yīng)線圈的幾何形狀，感應(yīng)熔煉爐可以保持尺寸范圍從咖啡杯的體積到數(shù)百噸熔融金屬的電荷。此外，通過調(diào)整頻率和功率，海拓公司幾乎可以加工所有金屬和材料，包括但不限于鐵，鋼和不銹鋼合金，銅和銅基合金，鋁和硅。感應(yīng)設(shè)備是為每種應(yīng)用定制設(shè)計的，以確保其盡可能高效。

感應(yīng)真空熔煉

因為感應(yīng)加熱是使用磁場完成的，所以工件（或負載）可以通過耐火材料或一些其他非導(dǎo)電介質(zhì)與感應(yīng)線圈物理隔離。磁場將穿過該材料以在其中包含的負載中感應(yīng)出電壓。這意味著負載或工件可以在真空下或在精確控制的氣氛中加熱。這使得能夠處理活性金屬（Ti，Al），特種合金，硅，石墨和其他敏感的導(dǎo)電材料。

高頻感應(yīng)焊接

當(dāng)使用高頻（HT）電流進行感應(yīng)時，甚至可以進行焊接。例如，連續(xù)形成金屬帶，然后通過一組精確設(shè)計的輥，其唯一目的是迫使形成的帶邊緣在一起并產(chǎn)生焊縫。就在形成的帶材到達輥組之前，它通過感應(yīng)線圈。然后電流沿著由條帶邊緣產(chǎn)生的幾何“vee”向下流動，而不是僅僅圍繞形成的通道的外部。當(dāng)電流沿著帶邊緣流動時，它們將加熱到合適的焊接溫度（低于材料的熔化溫度）。當(dāng)邊緣被壓在一起時，所有碎屑，氧化物和其他雜質(zhì)被擠出以形成固態(tài)鍛造焊接。

未來

隨著高度工程材料，替代能源和賦予發(fā)展中國家權(quán)力的需求即將到來，感應(yīng)的獨特能力為未來的工程師和設(shè)計師提供了快速，高效和精確的加熱方法。

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