感应加热知识

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感应加热
感应加热分为高频加热.超音频加热.中频加热,它们都是通过提高电源的震荡频率来加快铁磁物质切割磁力线的速度来产生热量的
( \  W/ K0 F9 q% {感应加热多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。感应加热设备，即对工件进行感应加热，以进行表面淬火的设备。
* ?: f4 C3 t! w$ v* v) C    感应加热的原理：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电 (1000-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000ºC，而心部温度升高很小。
    感应加热频率的选择：根据热处理及加热深度的要求选择频率，频率越高加热的深度越浅。
- m: ^/ A1 _6 o8 i  Z/ {  A    高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。
    中频(1~10KHZ)加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热。
- h& Q8 r( k9 m# F8 x6 v    工频(50HZ)加热淬硬层深度为10-20mm，一般用于较大尺寸零件的透热，大直径零件（直径Ø300mm以上，如轧辊等）的表面淬火。
    感应加热表面淬火具有表面质量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，变形小等优点，所以感应加热设备在金属表面热处理中得到了广泛应用。
    感应加热设备是产生特定频率感应电流，进行感应加热及表面淬火处理的设备。
# T4 c) n6 v" ?: i3 M1.感应加热的发展简史和用途 :
( C/ }( A  X" I/ Y! K早在19世纪初人们就发现了电磁感应现象，知道处于交变磁场中的导体内会产生感应电流而引起导体发热。但是，长期以来人们视这种发热为损耗，并为保护电气设备和提高效率而千方百计的减少这种发热。直到19世纪末才开始开发和利用这种热源进行有目的的加热、熔炼、淬火、焊接、热处理等，随之出现了各种形式的感应加热设备。
1890年瑞典人发明了第1台感应熔炼炉—开槽式有芯炉，1916年美国人制造出闭槽式有芯炉，用于有色金属的冶炼，1921年无芯炉在美国出现，采用火花式中频电源，后来出现了中频机组电源和现在的晶闸管变频电源。工频炉产生于20世纪30年代。高频电源、倍频电源等也由于不同的工艺要求而相继出现。感应加热装置最早使用于表面热处理，以后普及焊接领域和各种透热。现在感应加热技术已广泛应用于国民经济的各个领域，如表I。自工业上开始应用感应加热能源以来，已过去10 多年，在这期间感应加热的理论和感应加热装置都有很大的发展，感应加热的应用领域亦随之扩大，其应用范围越来越广。
  L" R3 U- W! \7 u, }( x. [3 r4 l在应用领域方面，感应加热已广泛应用于金属熔炼、透热、热处理和焊接等过程，服务于冶金、国防、机械加工等部门及铸、锻和船舶、飞机、汽车制造等行业中。此外，感应加热也已进入到人们的家庭生活中，例如微波炉、电磁炉、热水器等。
2.交变磁场下加热的原理？
感应加热基于两个基本物理现象：法拉第电磁感应、焦耳效应。
  y8 N9 N2 v. I5 y! ]- mMihel Farady于1831年建立的电磁感应定律说明，在一个电路围绕的区域内存在交变磁场时，电路两端就会产生感应电动势，当电路闭合时则产生电流。这个定律同时也就是今天感应加热的理论基础。
感应加热的原理:当感应线圈上通以交变的电流i时，线圈内部会产生相同频率的交变磁通Φ，交变磁通Φ又会在金属工件中产生感应电势e。根据MAXWELL电磁方程式，可得感应电动势的大小。
1 g1 v+ }% l6 ?/ J由此可见，感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属，然后电能在金属内部转变为热能。感应线圈与被加热金属并不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。另外需要指出的是，感应加热的原理与一般电气设备中产生涡流以及涡流引起发热的原理是相同的，不同的是在一般电气设备中涡流是有害的，而感应加热却是利用涡流进行加热的
感应电势和发热功率与频率高低和磁场强弱有关。感应线圈中流过的电流越大，其产生的磁通也就越大，因此提高感应线圈中的电流可以使工件中产生的涡流加大；同样提高工作频率也会使工件中的感应电流加大，从而增加发热效果，使工件升温更快。另外，涡流的大小与金属的截面大小、截面形状、导电率、导磁率以及透入深度有关。