高频加热机

　　高频感应加热设备是一种相当新的工艺，它之所以获得应用，主要是由于它独特的原理。当迅速变化的电流流过金属工件时，便产生集肤效应，它使电流集中于工件表层，在金属表层上产生一个选择性很高的热源。法拉弟发现了集肤效应的这个优点，发现了电磁感应这个值得注意的现象。他也是感应加热的奠基者。感应加热不要求外部热源，而是利用受热工件自身作为热源，这个方法也不要求工件与能源即感应线圈接触。其他的性能，包括可以根据频率选择不同的加热深度，根据线圈耦合设计而得到精确的局部加热，以及很高的功率密集度，或者说很高的功率密度。

　　根据高频加热机的这些原理这些特性，深入剖析，可以按照下列步骤设计出完整的设备。

　　首先，工艺要求必须与感应加热的基本特性相符。本章将叙述工件中的高频淬火、电磁效应、合成电流的分布和吸收的功率。根据感应电流产生的加热效应和温度效应，以及在不同的频率，不同的金属和工件形状下，温度的分布状况等这些知识，使用者和设计者，即可根据技术条件的要求决定其弃取。

　　第二，感应加热的具体形式，必须按是否符合技术条件的要求而确定，还应广泛掌握应用和发展情况，感应加热主要的应用趋势。

　　第三，感应加热的适宜性和最好的使用方法确定之后，便可设计出感应器和供电系统。

　　感应加热中的许多问题，与工程上的一些基本感性知识很相似，一般都是来源于实践经验。也可以这样说，如果没有对于感应器形状、电源频率和受热金属热工性能的正确理解，就不可能设计出感应加热器或系统。

　　感应加热的作用，在不可见的磁场影响下，与火焰淬火是一样的。例如，由高频发生器产生的较高频率(200000赫以上)，一般能产生剧烈、快速和局部性的热源，相当于小而集中的高温气体火焰的作用。反之，中频(1000赫及10000赫)的加热效果，比较分散和缓慢，热量穿透较深，与比较大的和开阔的气体火焰相似。

　　高频加热机原理

　　高频加热机表面淬火是利用电磁感应原理，在工件表面层产生密度很高的感应电流，迅速加热至奥氏体状态，随后快速冷却得到马氏体组织的淬火方法，。当感应圈中通过一定频率的交流电时，在其内外将产生与电流变化频率相同的交变磁场。金属工件放入感应圈内，在磁场作用下，工件内就会产生与感应圈频率相同而方向相反的感应电流。由于感应电流沿工件表面形成封闭回路，通常称为涡流。此涡流将电能变成热能，将工件的表面迅速加热。涡流主要分布于工件表面，工件内部几乎没有电流通过，这种现象称为表面效应或集肤效应。感应加热就是利用集肤效应，依靠电流热效应把工件表面迅速加热到淬火温度的。感应圈用紫铜管制做，内通冷却水。当工件表面在感应圈内加热到一定温度时，立即喷水冷却，使表面层获得马氏体组织。

　　感应电动势的瞬时值为：

　　式中：e——瞬时电势，V;Φ——零件上感应电流回路所包围面积的总磁通，Wb，其数值随感应器中的电流强度和零件材料的磁导率的增加而增大，并与零件和感应器之问的间隙有关。

　　为磁通变化率，其绝对值等于感应电势。电流频率越高，磁通变化率越大，使感应电势P相应也就越大。式中的负号表示感应电势的方向与

　　的变化方向相反。

　　零件中感应出来的涡流的方向，在每一瞬时和感应器中的电流方向相反，涡流强度取决于感应电势及零件内涡流回路的电抗，可表示为：

　　式中，I——涡流电流强度，A;Z——自感电抗，Ω;R——零件电阻，Ω;X——阻抗，Ω。

　　由于Z值很小，所以I值很大。

　　零件加热的热量为：

　　式中Q——热能，J;t——加热时间，s。对铁磁材料(如钢铁)，涡流加热产生的热效应可使零件温度迅速提高。钢铁零件是硬磁材料，它具有很大的剩磁，在交变磁场中，零件的磁极方向随感应器磁场方向的改变而改变。在交变磁场的作用下，磁分子因磁场方向的迅速改变将发生激烈的摩擦发热，因而也对零件加热起一定作用，这就是磁滞热效应。这部分热量比涡流加热的热效应小得多。钢铁零件磁滞热效应只有在磁性转变点A2(768℃)以下存在，在A2以上，钢铁零件失去磁性，因此，对钢铁零件而言，在A2点以下，加热速度比在A2点以上时快。