感应加热器

1、什么是感应加热器

感应器（通常又称感应加热线圈），其作用是将感应加热装置的能量传递给工件，使工件表面产生涡流，实现工件加热升温和钎焊。

感应器接于感应加热电源的变压器输出端，并通高频电流。该电流会使感应器产生磁场，使装在感应器内部或与之邻近的工件表面收到感应，工件电磁感应定律、集肤效应、邻近效应、在感应加热过程金属的性质变化、圆环效应和焦耳热效应等电磁感应加热的效应或现象作用下，工件表面产生感应电流，感应电流受电阻作用而使工件发热，使工件升温到钎料和钎剂熔化所需的温度，进而填充焊缝，实现接头最终牢固连接。

2、感应加热器的原理

感应加热的主要依据是：电磁感应、“集肤效应” 和热传导三项基本原理。

当交变电流在导体中通过时，在所形成的交变磁场作用下，导体内会产生感应电动势。由于越接近心部，感应电动势越大，导体的电流便趋向于表层，电流强度从表面向心部呈指数规律递减。这种现象即所谓交变电流的集肤效应。

▲图 交变电流在导体中的分布情况

下图所示，为两根矩形截面的导体同向电流和反向电流时的磁场分布情况。由于电源电动势和自感应电动势的作用，同向电流系统中最大的磁场强度产生在导体表面的外侧，反向电流系统最大磁场强度产生在导体表面内侧，这就是邻近效应。

利用邻近效应，可以选择适当形状的感应器对被处理零件表面的指定部位进行集中加热，使电流集中在与感应器宽度大致相等的区段内。

导体间的距离越小临近效应表现的越强烈。

▲图 存在邻近效应时，磁场和电流分布示意图

a）同向电流 磁场在外侧

b）反向电流 磁场在内侧

通过感应圈的电流集中在内测表面的现象称为环状效应，见下图 。环状效应是由于感应圈交流电流磁场的作用使外表面自感应电动势增大的结果。

▲图 交流电流的环状效应

加热外表面，环状效应是有利的，而加热平面与内孔时，它会使感应器的电效率显著降低。为了提高平面和内孔感应器的效率，常常设置导磁体，以改变磁场强度的分布，迫使电流趋近于零件所需加热的表面，见下图 。由图可见，导磁体有把电流驱向其对侧的作用。

▲图 加导磁体后电流在感应圈中的分布

a）内孔加热 b）平面加热

表面效应、邻近效应、环状效应均随交变电流频率的增加而加剧。此外，邻近效应和环状效应还随导体截面的增大、两导体间距的减小和圆环半径的减小而加剧。

3、感应加热器分类

3.1按电源频率分类

感应加热设备按电源频率可分为工频、中频、超音频、高频，其各自的频率范围和加热的功率密度见下表。

▼表 感应加热频段的频率范围和加热功率密度

3.2按形状结构分类

单匝螺形感应器：

圆管单匝：集中加热；

方管单匝：加热均匀；

铜板单匝：加热几种，与工件尺寸适应；

大方面单匝：用于连续淬火。

▼图 单匝感应器

多匝感应器：

通常匝数的多少与工件所需加热部分长度一致；

相邻匝间铜管不允许铜管表面接触；

螺距不应超过绕制感应器铜管直径的两倍；

感应器的匝数需结合设备的负荷和匹配；

感应器的螺距可采用机械方法控制（焊螺钉固定），也可将感应器埋入耐热水泥中，得到强固的感应器，确保感应器尺寸不会变化；

可采用玻璃纤维、耐高温漆或搪瓷等方法，防止匝间感应器短路。

▼图 多匝感应器的固定

扁平感应器：用于加热平面和娇形，有圆形、长椭圆形和方形。

▼图 扁平感应器

串联式感应器：由两个或以上的单匝或多匝线圈连接而成，串联式感应器有如下特点：

可同时加热数个部件，加热效率高；

先制成单体线圈，再联接为一体，联接管长度要求最短，以减少电感损失；

采用方形铜管，可减少电阻损失。

▼图 串联式感应器

隧道式感应器：自动或半自动感应加热，结合旋转式工作或输送器。

特殊感应器：适合特殊零件处理的感应器。

▼图 特殊外形感应器

分体式感应器：可解决复杂大型工件的加热效率低，难于加热的问题，提高耦合效率和提高加热均匀性。

▼图 分体式感应器

4、材料选择

有效圈材料：纯铜 T1,T2, T3 .一般用T2 无氧铜 TU0,TU1,TU2 一般选TU1.另外还有单晶铜可供选择。

导磁体 硅钢片 0.2-0.35 需磷化 。铁氧体 铁氧粉 可加工导磁体 。

绝缘材料 聚四弗乙烯 0.5 ，1 ，2 大材。

螺钉螺栓 不锈钢（无磁性）黄铜H62 4.胶 502 504 陨石胶。

感应器固定板，环氧板。

5、设计软件

CAD CXCA

SOLIDWORKS 仿照设计，经验设计，理论计算设计。

6、感应器制造工艺

成型:手工敲管，弯管，线切割，车，铣，锯，加工中心，钻 ，铸造。接头形式，45°斜接。套管接。搭接。

焊接:氧焊 有紫铜焊黄铜焊，银焊，磷铜焊。

表面处理:喷砂，硝酸洗。

校正:平台，方箱，高度尺，橡胶锤。

感应器的试漏与流量检测:感应器的试漏要在高于感应器工作压力的情况下试压，一般是1.5倍压力，感应器流量是在工作压力下检测的，要大于设计的额定流量。0.8-1.2MPa是工作压力，最后，感应器还要试机，试机时，功率从小到大时间由短到长依次进行，并根据检测结果进行整改。

7、感应器的维护与保养

感应器应该按照规格或产品型 编 ，建履历表并建生产记录表。感应器的损坏1.被撞，一般可以修复，

导磁体脱落 504粘，临时用陨石胶粘。

漏水，可以用黄铜焊，银焊，紫铜焊补。为了提高感应器寿命，建议降功率，拉远距离，降冷却水温度，加冷却水压力。提高设计与制造水平。

8、提高加热效率的措施

减少有效圈磁力线的抵消作用及避免不良设计 ；

正确选择电流频率，根据工件直径或厚度正确地选择电流频率，是提高感应器效率的根本保证。工件直径（或厚度）与电流透入深度之比，决定了电效率，设计感应器时，应注意电效率不得低于80%。当电效率太低时，应采用横向磁通加热感应器等措施，以提高电效率。

采用矩形管来代替圆形管，矩形管与圆形管在截面上的电流分布不同。当间隙相同时，矩形管比圆形管效率高10

采用导磁体，工件内孔或平面加热时，其效率比外圆加热低。有效圈跨上导磁体后，加热效率得到提高。现在发达国家有转为感应器镶装导磁体的专业厂，不但用于内孔、平面加热、还用于外圆加热。导磁体的材料除铁氧体磁性瓷、硅钢片以外，还发展了可加工高中频导磁体与泥糊状导磁体，能制成所要求的任意形状

合理分配感应器各部分的导电长度 ，有效圈的展开长度与导电板长度之比愈大，有效圈能分配到的功率就愈多。因此，当导电板长度较长时，为使有效圈展开长度增加，应采用多匝感应器。但有效圈的导电部分愈长，相应 地也会减小感应器的电流.

横向磁通加热感应器 ，横向磁通加热实质是磁力线与工件加热表面垂直，此时涡流在加热工件表面呈平面形流动。

减少感应器连接面的接触电阻，感应器接触板与淬火变压器接头之间，分合感应器的开合面之间，均存在接触电阻。其大小与接触压力、接触形式、接触面积、触头材料等因素有关，接触压力愈大、接触面积愈大，接触电阻就愈小。因此，要求感应器接触表面要有较好的表面粗糙度和一定的接触压力。接触压力低于临界值时，接触电阻增大，导致接触面发热、氧化、接触电阻进一步增大的恶性循环，因此，应合理设计接触面的压力布置。