高頻加熱機

高頻感應加熱設備是一種相當新的工藝①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，它之所以獲得應用ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，主要是由于它獨特的原理ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。當迅速變化的電流流過金屬工件時⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，便產生集膚效應❣❦❧♡۵，它使電流集中于工件表層웃유ღ♋♂，在金屬表層上產生一個選擇性很高的熱源⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺。法拉弟發現了集膚效應的這個優點ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，發現了電磁感應這個值得注意的現象㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。他也是感應加熱的奠基者❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。感應加熱不要求外部熱源⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，而是利用受熱工件自身作為熱源ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，這個方法也不要求工件與能源即感應線圈接觸ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ。其他的性能☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，包括可以根據頻率選擇不同的加熱深度☈⊙☉℃℉❅，根據線圈耦合設計而得到精確的局部加熱웃유ღ♋♂，以及很高的功率密集度⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，或者說很高的功率密度☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。

根據高頻加熱機的這些原理這些特性⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，深入剖析☈⊙☉℃℉❅，可以按照下列步驟設計出完整的設備웃유ღ♋♂。

首先♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，工藝要求必須與感應加熱的基本特性相符㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦。本章將敘述工件中的高頻淬火ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ、電磁效應ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ、合成電流的分布和吸收的功率ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。根據感應電流產生的加熱效應和溫度效應㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，以及在不同的頻率①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，不同的金屬和工件形狀下㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，溫度的分布狀況等這些知識ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，使用者和設計者ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，即可根據技術條件的要求決定其棄取⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。

第二ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，感應加熱的具體形式㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，必須按是否符合技術條件的要求而確定✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅，還應廣泛掌握應用和發展情況✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，感應加熱主要的應用趨勢ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。

第三✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅，感應加熱的適宜性和最好的使用方法確定之后☾☽❄☃，便可設計出感應器和供電系統❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣。

感應加熱中的許多問題㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，與工程上的一些基本感性知識很相似✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，一般都是來源于實踐經驗☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。也可以這樣說✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，如果沒有對于感應器形狀⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯、電源頻率和受熱金屬熱工性能的正確理解☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，就不可能設計出感應加熱器或系統㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。

感應加熱的作用웃유ღ♋♂，在不可見的磁場影響下☾☽❄☃，與火焰淬火是一樣的⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤。例如☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，由高頻發生器產生的較高頻率(200000赫以上)☾☽❄☃，一般能產生劇烈❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣、快速和局部性的熱源❣❦❧♡۵，相當于小而集中的高溫氣體火焰的作用❣❦❧♡۵。反之㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，中頻(1000赫及10000赫)的加熱效果❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣，比較分散和緩慢㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，熱量穿透較深❣❦❧♡۵，與比較大的和開闊的氣體火焰相似⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。

高頻加熱機原理

高頻加熱機表面淬火是利用電磁感應原理ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，在工件表面層產生密度很高的感應電流✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅，迅速加熱至奧氏體狀態♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，隨后快速冷卻得到馬氏體組織的淬火方法☾☽❄☃，☈⊙☉℃℉❅。當感應圈中通過一定頻率的交流電時㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，在其內外將產生與電流變化頻率相同的交變磁場⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。金屬工件放入感應圈內ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，在磁場作用下❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，工件內就會產生與感應圈頻率相同而方向相反的感應電流❣❦❧♡۵。由于感應電流沿工件表面形成封閉回路☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，通常稱為渦流☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。此渦流將電能變成熱能ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，將工件的表面迅速加熱✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥。渦流主要分布于工件表面♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，工件內部幾乎沒有電流通過✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，這種現象稱為表面效應或集膚效應☾☽❄☃。感應加熱就是利用集膚效應ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，依靠電流熱效應把工件表面迅速加熱到淬火溫度的⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。感應圈用紫銅管制做㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，內通冷卻水㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦。當工件表面在感應圈內加熱到一定溫度時⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，立即噴水冷卻❣❦❧♡۵，使表面層獲得馬氏體組織❣❦❧♡۵。

感應電動勢的瞬時值為：

式中：e——瞬時電勢ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，V;Φ——零件上感應電流回路所包圍面積的總磁通❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，Wbⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，其數值隨感應器中的電流強度和零件材料的磁導率的增加而增大❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，并與零件和感應器之問的間隙有關✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴。

為磁通變化率①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，其絕對值等于感應電勢♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃。電流頻率越高ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，磁通變化率越大ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，使感應電勢P相應也就越大⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。式中的負號表示感應電勢的方向與

的變化方向相反❣❦❧♡۵。

零件中感應出來的渦流的方向❣❦❧♡۵，在每一瞬時和感應器中的電流方向相反✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，渦流強度取決于感應電勢及零件內渦流回路的電抗⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，可表示為：

式中㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，I——渦流電流強度ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，A;Z——自感電抗⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，Ω;R——零件電阻❣❦❧♡۵，Ω;X——阻抗①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，ΩⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ。

由于Z值很小❣❦❧♡۵，所以I值很大ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ。

零件加熱的熱量為：

式中Q——熱能⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，J;t——加熱時間⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，s㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦。對鐵磁材料(如鋼鐵)ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ，渦流加熱產生的熱效應可使零件溫度迅速提高ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ。鋼鐵零件是硬磁材料㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，它具有很大的剩磁☈⊙☉℃℉❅，在交變磁場中웃유ღ♋♂，零件的磁極方向隨感應器磁場方向的改變而改變⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺。在交變磁場的作用下ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ，磁分子因磁場方向的迅速改變將發生激烈的摩擦發熱㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦，因而也對零件加熱起一定作用⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，這就是磁滯熱效應㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。這部分熱量比渦流加熱的熱效應小得多✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴。鋼鐵零件磁滯熱效應只有在磁性轉變點A2(768℃)以下存在✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，在A2以上✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅，鋼鐵零件失去磁性⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，因此❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，對鋼鐵零件而言♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，在A2點以下⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，加熱速度比在A2點以上時快✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅。