高頻機與感應加熱技術

高頻機與感應加熱技術

呂健 發表於 2011-06-19 09:08:20

高頻機與感應加熱技術
呂健（總工）

            您能想像的到，一根鐵棒一二秒鐘就可以被加熱燒紅嗎？任何金屬都可以被很快地加熱到其熔化嗎？

            這就是一種人類目前能夠做到和掌握的最快捷的對金屬材料直接加熱法     ——高中頻感應加熱。

            通常人們對物體的加熱，一是利用煤、油、氣等能源的燃燒產生熱量；二是利用電爐等用電器將電能轉換成熱量。這些熱量只有通過熱傳遞的方式（熱傳導、熱對流、熱輻射），才能傳遞到需要加熱的物體上，也才能達到加熱物體的目的。由於這些加熱方式，被加熱的物體是通過吸收外部熱量實現升溫的。因此，它們都屬於間接加熱方式。

            我們知道，熱量的自然傳遞規律是：熱量只能從高溫區向低溫區，高溫體向低溫體，高溫部分向低溫部分自然的傳遞。因此，只有當外部的熱量、溫度明顯多於、高於被加熱物體時，才能將其有效地加熱。 這就需要用很多的能量來建立一個比被加熱物體所需要的熱量多的多、溫度高的多的高溫區。如爐，烘箱等。這樣，不但這些熱量中只有少部分能夠傳遞到被加熱體上，造成很大的能源浪費。 而且加熱時間長，在燃燒、加熱的過程中，還會產生大量的有害性物質和氣體。它們既會對被加熱體造成腐蝕性的損害，又會對大氣造成汙染。即便是使用電爐等電能加熱方式，雖然無汙染，但仍然存在著效率低、成本高、加熱速度慢等缺點。

             科學的進步與發展，使我們今天無論是對金屬物體加熱還是對非金屬物體加熱，都可以採用高效、快速,且十分節能和環保的方式加熱.這就是直接加熱方式。 對於非金屬材料，可採用工作頻率約240MHZ及以上，能使其內部分子、原子每秒振動、磨擦上億次之多的微波加熱。對於金屬材料，則可採用工作頻率在幾千赫茲（KHZ）至幾百千赫茲、兆赫茲（MHZ）以上的中頻、超音頻、高頻、超高頻感應加熱。也可以採用低頻感應加熱，如工頻50HZ等。

             中頻、超音頻、高頻感應加熱，是將工頻（50HZ）交流電轉換成頻率一般為1KHZ至上百KHZ，甚至頻率更高的交流電．利用電磁感應原理，通過電感線圈轉換成相同頻率的磁場後，作用於處在該磁場中的金屬物體上。 利用渦流效應，在金屬物體中生成與磁場強度成正比的感生旋轉電流（即渦流）。由旋轉電流藉助金屬物體內的電阻，將其轉換成熱能。同時還有磁滯效應、趨膚效應、邊緣效應等，也能生成一定的熱量，它們共同使金屬物體的溫度急速升高，實現快速加熱的目的。

   　　  高頻電流的趨膚效應，可以使金屬物體中的渦流隨頻率的升高，而集中在金屬表層環流。這樣就可以通過控制工作電流的頻率，實現對金屬物體加熱深度的控制。既能提高加工工藝的質量，又可以保證能量被充分地利用。 當用於紅衝、熱煅及工件整體退火等工藝時,由於工件需要的加熱深度大，甚至需要透熱.這時可以將感應加熱設備的工作頻率降低（如中頻、超音頻）；當用於表面淬火、焊接等工藝時，它們需要的加熱深度小，這時則可以將工作頻率升高（如高頻）。另一方面，對於體積較小的工件或管材、板材，選用高頻加熱方式，對於體積較大的工件，選用中頻、超音頻加熱方式。

           由於感應加熱時間短、速度快，並且還是非接觸式（加熱物體不需要與感應圈接觸）的加熱。所以，比其它的加熱方式氧化和脫碳現象都比較輕微，一般不需要做氣體保護處理,確實有需要時也比較容易於進行氣體保護。

             電子技術的飛速發展,使電子元器件無論是質量方面、效能方面, 還是可靠性方面,都有了很大的進步.在體積方面也更為小型化、微型化。這為感應加熱技術提供了更好的發展條件與空間。 在小信號生成與處理，控制與保護，調節與顯示等方面，都更多地運用了可靠性更高、穩定性更好、抗幹擾能力更強的數字電路。在功率元件上，更是從耗能大、效率低、工作電壓高、輻射量較大的電子管，一代代地經晶閘管、場效應管（MOSFET），發展到了IGBT（絕緣柵雙極電晶體）。 整機的電源利用率已經提高到百分之九十五以上（電子管電源利用率只有約百分之六十），冷卻水比電子管產品節約了約百分之六十。並且可以實現24小時不間斷的連續工作。這樣不但可以在白天正常使用，還可以在用電低峰電費折扣期的夜間工作。

               由於感應式加熱，具有耗能少，用電省，加熱速度快，無汙染、無噪聲、無需預熱、不易氧化、便於氣體保護、可自動控制、具備多項智能保護、安全可靠、易於操作，可不間斷地連續工作等優點。越來越多的廠家、客戶，從煤炭加熱，柴油加熱，液化氣加熱，以及電爐、電烘箱加熱，轉換到了高中頻感應式加熱上來！無論是國企、民營，還是私營、外企，凡是金屬熱處理、金屬熱加工、金屬焊接和金屬熔煉、提煉等行業，都越來越多地採用了高中頻感應加熱設備。因此，市場十分廣闊！

    高中頻感應加熱設備的主要用途：

一、熱處理

     例如：軸類、齒輪、淬火及不鏽鋼製品退火等。

二、工件透熱

     例如：緊固件、標準件、汽配、五金工具、索具、麻花鑽的熱鐓熱軋等。

三、熔煉

     例如：金、銀、銅、鋁、鉛等貴金屬 。

四、熱配合

     例如：電機、電磁閥、軸套類等。

五、焊接

      例如：對所有金屬材料同種或異種的扦焊等。

綜上所述，可知：

      在相同功率條件下，對工件進行淬火或焊接等工藝時，高頻機的效率要比超音頻機、中頻機高。因為高頻電流可以使熱量集中在工件的表層面上。工件內部不必要的損耗極少。 

      高頻焊機是高頻機一種針對性和局限性的叫法，其實它的功能遠不止對各種金屬材料的焊接，要比其它類型的焊機用途廣。

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