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什么是感应加热?

目录:故障排查发布时间:2019-04-01点击率:

海瑞拓感应加热设备使用电磁感应加热应用于多个行业的应用。但什么是感应加热?它与其他加热方法有何不同?


感应线圈加热金属
对于那些不熟悉感应加热的人来说,在几秒钟内观看线圈中的一块金属变成樱桃红可能会令人惊讶

感应加热是一种迷人的加热方法。对于那些不熟悉电磁感应的人来说,在线圈中观看一块金属片会在几秒钟内变成樱桃红色。感应加热是一种多物理现象,包括电磁,传热,冶金和电路分析的复杂相互作用,它们紧密相关且高度非线性,因为材料的物理性质取决于温度,磁场强度和微观结构。同时,感应加热背后的基本概念很容易理解。

基础

使交流电(AC)通过感应线圈(例如,螺线管多匝线圈)产生交变磁场,其以与线圈电流相同的频率振荡。60Hz AC将导致磁场每秒振荡60次,400kHz AC将导致磁场每秒振荡400,000次。


这种随时间变化的磁场在靠近感应线圈的导电物体中感应出涡电流(法拉第电磁感应定律)。感应电流也以相同的频率振荡; 然而,它以与线圈电流相反的方向流动(Lenz'定律)。

在导电材料的感应加热(IH)中存在两种发热机制。产生热量的主要机制与热量产生导体对感应电流的固有抵抗力(焦耳效应)。焦耳热产生通常被称为I 2 R加热,因为热量产生的大小与材料的电阻和其内部感应的总电流的平方成比例。

当加热铁磁材料(例如碳钢)并且与磁滞(磁化 - 退磁循环)相关联时,发生第二发热机制。由于分子之间的内部摩擦,在磁畴反转期间消散热能。磁滞磁热产生与所施加的频率和磁滞回线的面积成比例,磁滞回线是化学成分,晶粒尺寸,温度,磁场强度和频率的复杂函数。


感应加热与其他加热方法相比如何?

有许多方法可以加热金属材料,包括使用燃气炉,流化床炉,盐浴,红外线加热器等。这些方法在工件表面提供热量产生。对流和热辐射。由于来自表面的热传导,工件的表面下区域和芯部被加热。感应加热根本不同,因为它产生内部热量。


内部产生热量的能力 - 结合选择性加热和高加热强度能力 - 是这种加热方法的非常有吸引力的特征。IH的这种固有特性可实现高产量,高效率和可重复的加热。

由于电磁趋肤效应,大约86%的感应功率(发热)集中在导体的表面层内,通常称为电流穿透(或参考)深度。该深度与电阻率的平方根成比例,并且与电频率的平方根和工件的相对磁导率成反比。

与较高频率相比,较低频率促进更深的热量产生。例如,热钢中的当前穿透深度从60Hz处的72mm变化到10kHz处的5.6mm。

当前的穿透深度也是温度的函数(由于电磁特性的温度依赖性),并且当将碳钢加热到适合于热加工的温度时可以增加10倍以上。

海拓公司通过利用我们的经验,工程专业知识,计算机模拟能力以及行业领先的实践和理论知识,在开发感应加热工艺时提供避免令人不快的意外的能力。


感应加热的优点

  • 深度发热与高热强度(如果需要)快速结合在工件上的明确区域的能力是该技术的一个有吸引力的特征,导致具有可重复质量的低工艺循环时间(高生产率)。高度可控的热强度范围从适中的速率(例如,用于回火和消除应力的应用低至2°C-3°C / s)到高热强度(例如,在齿轮硬化中超过800°C / s)开发和优化各种加热过程。
  • 感应加热比大多数其他加热方法更节能环保,包括燃气炉,盐和铅浴,渗碳或氮化系统。可以容易地去除由于存在残留润滑剂或其他表面污染物而可能产生的任何烟雾。显着减少热量暴露是另一个有助于感应加热器的环境友好性和人体工程学的因素。安全方面的优势(既不使用燃烧也不使用环境污染物)与降低机器操作员的劳动力成本和提高效率相结合,使IH成为具有吸引力的投资并获得丰厚回报。
  • 感应加热提供了显着更高的加热金属材料表面质量,并且显着降低了氧化皮和脱碳。因此,可以减少或消除对再渗碳和/或金属去除的需要。使用IH碳钢(与使用燃气炉相比)获得的2到4倍的氧化皮减少可以节省大量成本。
  • 感应系统通常需要更短的启动和关闭时间,消除或显着减少非生产性加热的空闲时间。在非操作条件下不需要能量来建立或保持热量。
  • 感应加热的其他吸引人的功能是逐件处理功能,具有单独的组件可追溯性。设备也很容易实现自动化,并且可以使用先进的过程控制和高精度的设备监控系统。
  • 感应加热提供高产品质量,可重复性和热处理部件的高尺寸稳定性,具有低失真。在某些情况下,形状变形非常小,可以消除后续的几何校正操作(例如,利用SHarP-C技术进行凸轮轴表面硬化可以消除矫直操作的需要)。

海拓公司通过利用我们的经验,工程专业知识,计算机模拟能力以及行业领先的实践和理论知识,在开发感应加热工艺时提供避免令人不快的意外的能力。


加热电感器

感应加热系统的主要组成部分是电感器,电源,负载匹配站,水冷和淬火(用于热处理应用)系统,控制器,总线网络和工件本身。

加热电感器,电感器,感应线圈和线圈都是可互换地用于在工件中提供IH效应的电气设备的术语。电感器通常简称为线圈,但其几何形状并不总是类似于经典的圆形线圈形状。

电感器不仅在形状和形状方面而且在尺寸上都有很大差异,通常设计用于特定应用或类似应用的系列。


感应加热

与一些燃烧方法不同,无论批量大小如何,感应加热都是高度可控的。通过感应线圈改变电流,电压和频率,可实现微调的工程加热,非常适用于硬化和回火,应力消除,退火和其他形式的热处理等应用。高精度对于汽车,航空航天,军事,越野机械以及石油和天然气等关键行业至关重要,仅举几例。感应加热的优点可以在诸如光纤,粘接,线材硬化,回火,钎焊,焊接,密封,涂层等应用中看到。感应加热非常适合涉及钛,贵金属和一些的特殊金属应用。先进的复合材料。通过感应提供的精确加热控制是无与伦比的。此外,使用与真空坩埚加热应用相同的加热基础,可以在大气下进行感应加热以用于连续应用。例如,不锈钢管和管的光亮退火。


感应熔化

对于许多工艺,熔化是生产有用产品的第一步; 感应熔化快速有效。通过改变感应线圈的几何形状,感应熔炼炉可以保持尺寸范围从咖啡杯的体积到数百吨熔融金属的电荷。此外,通过调整频率和功率,海拓公司几乎可以加工所有金属和材料,包括但不限于铁,钢和不锈钢合金,铜和铜基合金,铝和硅。感应设备是为每种应用定制设计的,以确保其尽可能高效。


感应真空熔炼

因为感应加热是使用磁场完成的,所以工件(或负载)可以通过耐火材料或一些其他非导电介质与感应线圈物理隔离。磁场将穿过该材料以在其中包含的负载中感应出电压。这意味着负载或工件可以在真空下或在精确控制的气氛中加热。这使得能够处理活性金属(Ti,Al),特种合金,硅,石墨和其他敏感的导电材料。


高频感应焊接

当使用高频(HT)电流进行感应时,甚至可以进行焊接。例如,连续形成金属带,然后通过一组精确设计的辊,其唯一目的是迫使形成的带边缘在一起并产生焊缝。就在形成的带材到达辊组之前,它通过感应线圈。然后电流沿着由条带边缘产生的几何“vee”向下流动,而不是仅仅围绕形成的通道的外部。当电流沿着带边缘流动时,它们将加热到合适的焊接温度(低于材料的熔化温度)。当边缘被压在一起时,所有碎屑,氧化物和其他杂质被挤出以形成固态锻造焊接。


未来

随着高度工程材料,替代能源和赋予发展中国家权力的需求即将到来,感应的独特能力为未来的工程师和设计师提供了快速,高效和精确的加热方法。







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