感應加熱
編輯感應加熱是通過電磁感應,通過渦流在物體中產生的熱量來加熱導電物體(通常是金屬)的過程。感應加熱器由電磁體和電子振蕩器組成,該電子振蕩器使高頻交流電(AC)通過電磁體。快速交變的磁場穿透物體,在導體內部產生電流,稱為渦電流。流過材料電阻的渦流通過焦耳加熱對其進行加熱。在鐵磁中(和亞鐵磁性)材料(如鐵),磁滯損耗也會產生熱量。所使用的電流頻率取決于物體的尺寸、材料類型、耦合(工作線圈和要加熱的物體之間)和穿透深度。
感應加熱過程的一個重要特征是熱量是在物體本身內部產生的,而不是由外部熱源通過熱傳導產生的。因此,物體可以非常快速地加熱。另外,不需要任何外部接觸,這在污染是一個問題的情況下可能很重要。感應加熱用于許多工業過程中,例如冶金中的熱處理,半導體工業中使用的切克勞斯基晶體生長和區域精煉,以及熔化需要極高溫度的難熔金屬。它也用于電磁爐灶臺中,用于加熱食品容器。這稱為感應烹飪。
感應加熱的應用
編輯感應加熱可針對包括表面硬化、熔化、釬焊和軟釬焊在內的各種應用進行有針對性的加熱,并進行加熱以適應需要。鐵及其合金由于具有鐵磁性,因此對感應加熱的響應最佳。但是,在任何導體中都會產生渦流,并且在任何磁性材料中都會產生磁滯現象。感應加熱已用于加熱液體導體(例如熔融金屬)和氣態導體。感應加熱通常用于加熱石墨坩堝(包含其他材料),并且在半導體工業中廣泛用于加熱硅和其他半導體。實用頻率(50/60 Hz)感應加熱用于許多低成本工業應用,因為不需要逆變器。
熔爐
一個感應爐用途感應加熱金屬至其熔點。一旦熔化,高頻磁場也可用于攪拌鐵水,這對于確保合金添加劑完全混入熔體中很有用。大多數感應爐由圍繞著耐火材料容器的水冷銅環管組成。與反射爐或沖天爐相比,感應爐在大多數現代鑄造廠中用作熔化金屬的清潔方法。尺寸從一公斤的容量到一百噸不等。感應爐運行時通常會發出刺耳的嗡嗡聲或嗡嗡聲,這取決于它們的工作頻率。熔化的金屬包括鋼鐵、銅、鋁和貴金屬。因為它是清潔且非接觸的過程,所以可以在真空或惰性氣氛中使用。真空爐利用感應加熱來生產特種鋼和其他合金,如果在空氣中加熱會氧化。
焊接
類似的較小規模的過程用于感應焊接。如果塑料摻雜有鐵磁陶瓷(顆粒的磁滯提供所需的熱量)或金屬顆粒,則也可以通過感應焊接。
可以用這種方法焊接管縫。管中感應的電流沿開縫流動并加熱邊緣,從而導致溫度足以進行焊接。此時,將接縫邊緣壓在一起,然后將接縫焊接起來。也可以通過刷子將RF電流傳輸到管子,但是結果仍然相同-電流沿著開縫流動并對其加熱。
制造業
在快速感應印刷金屬添加劑印刷工藝中,將導線原料和保護氣體通過盤繞噴嘴進料,使原料進行感應加熱并從噴嘴以液體形式噴出,以便在屏蔽下拒絕形成三維金屬結構。與其他增材制造方法(例如選擇性激光燒結)相比,該過程使用感應加熱在程序中的核心好處是顯著提高了能源和材料效率,并提高了安全性,該方法使用強大的熱量將熱量傳遞給材料激光或電子束。
烹飪
在感應烹飪中,爐灶內部的感應線圈通過磁感應加熱炊具的鐵底座。使用電磁爐可提高安全性、效率(電磁爐本身不加熱)和速度。非鐵鍋,例如銅底鍋和鋁鍋通常不適合。通過感應,在基座中感應的熱量通過傳導傳遞到食物內部。
釬焊
感應釬焊通常用于較高的生產運行中。它產生一致的結果,并且非常可重復。有許多類型的工業設備都使用感應釬焊。例如,感應用于將硬質合金釬焊到軸上。
密封
感應加熱用于食品和制藥行業中容器的瓶蓋密封。將一層鋁箔放在瓶子或罐子的開口上,并通過感應加熱將其融合到容器上。這提供了防篡改的密封,因為更改內容物需要破壞箔紙。
加熱至適合
感應加熱通常用于加熱物品,使其在裝配或組裝之前膨脹。通常使用市電頻率(50/60 Hz)和穿過軸承中心的疊層鋼變壓器型鐵心以這種方式加熱軸承。
熱處理
感應加熱通常用于金屬物品的熱處理。最常見的應用是鋼零件的感應淬火,感應焊接/釬焊(作為連接金屬部件的一種手段)和感應退火以選擇性地軟化鋼零件的區域。
感應加熱可以產生高功率密度,允許短時間的相互作用達到所需的溫度。這樣就可以非常嚴格地控制加熱模式,使加熱模式與施加的磁場非常接近,從而減少了熱變形和損壞。
此功能可用于硬化以生產具有不同特性的零件。最常見的硬化過程是在需要耐磨的區域進行局部表面硬化,同時保留其他地方所需的原始結構的韌性。感應淬火圖案的深度可以通過選擇感應頻率,功率密度和相互作用時間來控制。
由于需要為許多應用生產專用電感器,因此工藝靈活性受到限制。這是相當昂貴的,并且需要在小型銅電感器中編排高電流密度,這可能需要專門的工程設計和“銅配件”。
塑膠加工
感應加熱用于注塑機中。感應加熱可提高注塑和擠出工藝的能源效率。熱量直接在機器的機筒中產生,從而減少了預熱時間和能源消耗。感應線圈可以放置在隔熱材料的外部,因此它可以在低溫下工作,并且使用壽命長。所使用的頻率范圍從30 kHz到5 kHz,對于較厚的發條盒會降低。逆變器設備成本的降低已使感應加熱變得越來越流行。感應加熱也可以應用于模具,從而提供更均勻的模具溫度并提高了產品質量。
熱解
感應加熱用于在生物質的熱解中獲得生物炭。熱量直接產生到振動篩反應器壁中,從而能夠在良好的混合和溫度控制下使生物質熱解。
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