感應加熱

電磁感應加熱，或簡稱感應加熱，是加熱導體材料比如金屬材料的一種方法。它主要用于金屬熱加工、熱處理、焊接和熔化。顧名思義，感應加熱是利用電磁感應的方法使被加熱的材料的內(nèi)部產(chǎn)生電流，依靠這些渦流的能量達到加熱目的。感應加熱系統(tǒng)的基本組成包括感應線圈，交流電源和工件。根據(jù)加熱對象不同，可以把線圈制作成不同的形狀。線圈和電源相連，電源為線圈提供交變電流，流過線圈的交變電流產(chǎn)生一個通過工件的交變磁場，該磁場使工件產(chǎn)生渦流來加熱。

感應加熱工作原理

感應加熱是利用電磁感應的方法使被加熱的材料的內(nèi)部產(chǎn)生電流，依靠這些渦流的能量達到加熱目的。感應加熱系統(tǒng)的基本組成包括感應線圈，交流電源和工件。根據(jù)加熱對象不同，可以把線圈制作成不同的形狀。線圈和電源相連，電源為線圈提供交變電流，流過線圈的交變電流產(chǎn)生一個通過工件的交變磁場，該磁場使工件產(chǎn)生渦流來加熱。簡單來說就是為產(chǎn)生交變的電流，從而產(chǎn)生交變的磁場，再利用交變磁場來產(chǎn)生渦流達到加熱的效果。

法拉第定律：

安培定律：

其中：

左邊定律基本闡述了電磁感應的基本性質(zhì)， 集膚效應： 當交流的電流流過導體的時候，會在導體中產(chǎn)生感應電流（如圖3），從而導致電流向?qū)w表面擴散。也就是導體表面的電流密度會大于中心的電流密度。這也就無形中減少了導體的導電截面，從而增加了導體交流電阻，損耗增大。工程上規(guī)定從導體表面到電流密度為導體表面的1/e=0.368的距離δ為集膚深度。

圖三：渦流產(chǎn)生示意圖

在常溫下可用以下公式來計算銅的集膚深度：

從以上可以看到，如果增大電流和提高頻率都可以增加發(fā)熱效果，是加熱對象快速升溫。所以感應電源通常需要輸出高頻大電流。在工件表面層產(chǎn)生密度很高的感應電流，迅速加熱至奧氏體狀態(tài)，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，在其內(nèi)外將產(chǎn)生與電流變化頻率相同的交變磁場。金屬工件放入感應圈內(nèi)，在磁場作用下，工件內(nèi)就會產(chǎn)生與感應圈頻率相同而方向相反的感應電流。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。渦流主要分布于工件表面，工件內(nèi)部幾乎沒有電流通過，這種現(xiàn)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。感應圈用紫銅管制做，內(nèi)通冷卻水。當工件表面在感應圈內(nèi)加熱到一定溫度時，立即噴水冷卻，使表面層獲得馬氏體組織。

對鐵磁材料（如鋼鐵），渦流加熱產(chǎn)生的熱效應可使零件溫度迅速提高。鋼鐵零件是硬磁材料，它具有很大的剩磁，在交變磁場中，零件的磁極方向隨感應器磁場方向的改變而改變。在交變磁場的作用下，磁分子因磁場方向的迅速改變將發(fā)生激烈的摩擦發(fā)熱，因而也對零件加熱起一定作用，這就是磁滯熱效應。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(zhuǎn)變點A2（768℃）以下存在，在A2以上，鋼鐵零件失去磁性，因此，對鋼鐵零件而言，在A2點以下，加熱速度比在A2點以上時快。