高頻焊接h型鋼圖片唐經(jīng)理

（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)焊接 唐天經(jīng)理 15222225611

摘要：闡述了（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)加熱焊接的發(fā)展、原理和特點(diǎn)，，分析了（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)焊接設(shè)備中的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，應(yīng)用感應(yīng)加熱的基礎(chǔ)理論提出了根據(jù)零件加熱要求的特點(diǎn)選擇合適的（華夏天信金屬）高頻電源和設(shè)計優(yōu)良的感應(yīng)器的技術(shù)措施。同時介紹了（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)加熱在焊接加熱中的應(yīng)用：感應(yīng)釬焊和感應(yīng)熔覆焊。

關(guān)鍵詞：（華夏天信金屬）高頻感應(yīng) 加熱 焊接 感應(yīng)圈 感應(yīng)釬焊 熔覆焊

1 （華夏天信金屬）高頻感應(yīng)焊的發(fā)展

  （華夏天信金屬）高頻加熱已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬的熱處理、熔煉、焊接等方面。感應(yīng)焊是利用交變磁場一電場感應(yīng)場中工件上的渦流效應(yīng)加熱工件，使工件熔化，從而實(shí)現(xiàn)焊接的一種方法。焊接設(shè)備由交流電源和感應(yīng)加熱圈組成。交流電源按其頻率不同分為（華夏天信金屬）高頻和中頻，（華夏天信金屬）高頻電源由于頻率高，加熱迅速，應(yīng)用廣泛。感應(yīng)圈是感應(yīng)加熱設(shè)備的重要元件，交流電源的能量是通過它傳遞給焊件而實(shí)現(xiàn)加熱的，通常用紫銅管制作，工作時管內(nèi)通水冷卻。感應(yīng)圈可以根據(jù)不

同的需要設(shè)計成合理的結(jié)構(gòu)，對于保證焊接質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率有重大的影響，常見的結(jié)構(gòu)形式有單式、多螺管式、扁平式、外熱式、內(nèi)熱式等。感應(yīng)加熱電源早在20世紀(jì)50年代就已經(jīng)出現(xiàn)，當(dāng)時主要有：工頻感應(yīng)爐、中頻發(fā)電機(jī)組、電子管振蕩器式（華夏天信金屬）高頻電源。20世紀(jì)50年代末硅晶閘管的出現(xiàn)引發(fā)了感應(yīng)加熱電源技術(shù)的一場革命，感應(yīng)加熱電源及其應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展。到20世紀(jì)80年代，IGBT開關(guān)器件的發(fā)明使感應(yīng)電源的頻率可高達(dá)100kHz，功率達(dá)MW級。

2 （華夏天信金屬）高頻感應(yīng)加熱原理和特點(diǎn)

 2.1（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)加熱原理

   將工件放入感應(yīng)器（線圈通常使用紫銅管制作而成）內(nèi)，當(dāng)感應(yīng)器通入一定頻率的交變電流，周圍即產(chǎn)生交變磁場。交變磁場的電磁感應(yīng)產(chǎn)生即性瞬間變化的強(qiáng)磁束，將金屬等被加熱物體放置在感應(yīng)圈內(nèi)，磁束就會貫穿整個被加熱物質(zhì)，在被加熱物質(zhì)內(nèi)部與加熱的電流相反的方向產(chǎn)生很大的渦電流，由于被加熱物質(zhì)內(nèi)的電阻產(chǎn)生焦耳熱，使物質(zhì)本身的溫度迅速上升，這就是感應(yīng)加熱的原理。

感應(yīng)加熱原理圖

（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)加熱是利用（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)設(shè)備產(chǎn)生的（華夏天信金屬）高頻磁場在磁導(dǎo)材料表面的法拉第電磁效應(yīng)和焦耳效應(yīng)在材料表面產(chǎn)生渦流，利用渦流產(chǎn)生的熱能加熱材料。在線圈的交變磁場中導(dǎo)體內(nèi)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流(單位：A)為

式中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度(單位：T)；S為工件受磁場作用的橫截面積(單位：cm2)；?為交流電頻率(單位：Hz)；N為感應(yīng)線圈的匝數(shù)；Z為工件的阻抗(單位：Q)。

2.2（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)加熱特點(diǎn)

   表面效應(yīng)（集膚效應(yīng)）：由于焦耳效應(yīng)，渦流在金屬材料中產(chǎn)生的熱與金屬的電阻、感應(yīng)電流的關(guān)系式為Q=I2RT 由此可知，產(chǎn)生的熱量Q與頻率門的平方成正比，所以（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)的頻率越高，加熱的速度越快。當(dāng)直流電通過導(dǎo)體時， 電流在導(dǎo)體截面上的分布是均勻的，但是當(dāng)交流電通過圓柱導(dǎo)體時，電流分布是中心密度小，越接近表面密度越大，當(dāng)電流頻率相當(dāng)高時，導(dǎo)體的中心可以沒有電流，而全部集中在導(dǎo)體的表面，這種現(xiàn)象稱為（華夏天信金屬）高頻電流的表面效應(yīng)。渦流是由進(jìn)入工件的交變磁場引起的，而磁場從工件的表面到心部也是按指數(shù)曲線衰減的，因此，渦流的最大值集中在工件的表面，這也是表面效應(yīng)。渦流的理論透入深度δ為：式中：ρ材料電阻率，μ 為導(dǎo)磁率， ?為電流頻率。

鄰近效應(yīng)：兩鄰近的導(dǎo)體，例如兩匯流排或感應(yīng)線圈與被感應(yīng)應(yīng)加熱的零件，在有電流通過的情況下，由于電流磁場的相互作用，在導(dǎo)體上的電流將重新分布，這種現(xiàn)象被稱之為鄰近效應(yīng)。

圓環(huán)效應(yīng)：圓環(huán)形導(dǎo)體通入（華夏天信金屬）高頻電流（或中頻）交流時所產(chǎn)生的磁場在環(huán)內(nèi)集中，環(huán)外分散，環(huán)內(nèi)的磁通不僅穿過環(huán)外空間，同時也穿過環(huán)形導(dǎo)體本身，這樣就使環(huán)形導(dǎo)體外側(cè)交鏈的磁通多于內(nèi)側(cè)，于是環(huán)形導(dǎo)體外側(cè)產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動勢，迫使電流在環(huán)形導(dǎo)體內(nèi)側(cè)的電流透入深度中流過，這種現(xiàn)象稱為（華夏天信金屬）高頻電的環(huán)形效應(yīng)。

在感應(yīng)加熱裝置中，感應(yīng)線圈和工件通常是同心安置，由于導(dǎo)體和工件上的電流方向在任一瞬間都是相反的，所以電流都集中在感應(yīng)線圈的內(nèi)表面和工件的外表面上，工件外表面最先受熱升溫

2.3感應(yīng)加熱的頻率

  用于感應(yīng)加熱的電源頻率范圍很大， 可從50 赫茲到幾兆赫茲，選擇頻率的重要依據(jù)是加熱頻率和溫度分布，其次是考慮各種加工工藝（如淬火，焊接）對電流頻率的一些特殊要求。熔煉透熱加工工藝要求加熱溫度均勻；而淬火要求滿足淬應(yīng)層深度，在此基礎(chǔ)上，要求淬應(yīng)層深度內(nèi)加熱溫度均勻。對于熔煉還要考慮功率和攪拌力。再者頻率高的電源較頻率低的電源價格高，功率大的電源價格高，為此選擇電源頻率及功率成為一項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

 2.4（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)加熱焊接的特點(diǎn)

(1)加熱速度快、生產(chǎn)效率高。

（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)加熱單位功率高達(dá)500—1 000/ kW2，所以加熱速度極快，大面積焊接所需時間只要幾秒，可大大縮短焊接時間，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。

(2)熱影響區(qū)小、對基體損傷小。

（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)加熱的集膚效應(yīng)使得待焊工件的加熱深度很淺，甚至可以達(dá)到零點(diǎn)幾毫米，僅僅依靠工件傳熱向芯部導(dǎo)熱，工件任一點(diǎn)在進(jìn)入感應(yīng)器內(nèi)時，被急劇加熱到融化溫度，離開感應(yīng)器就進(jìn)入急劇冷卻狀態(tài)，幾乎沒有保溫時間，加熱時間極短，所以熱影響區(qū)很小，基本不會損傷基體。另外，氧化皮生成極少，即使在空氣中加熱，坯料表面的氧化、脫

碳也非常少。

(3)避免或減少界面脆性化合物的形成，焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)異。

由于感應(yīng)加熱速度快、能量集中、冷卻時間短，獲得的奧氏體晶粒細(xì)，所以感應(yīng)加熱的工件具有非常好的金相組織。用于異種金屬焊接則因加熱時間極短可以減少界面脆性化合物的形成，能夠有效地提高焊接接頭的力學(xué)性能。

(4)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜界面的焊接。

感應(yīng)器加熱頭可以根據(jù)不同工件的加熱需要設(shè)計成相應(yīng)的形狀，而極短的加熱時間能夠?qū)崿F(xiàn)局部加熱，加熱區(qū)溫度迅速建立，溫度過渡區(qū)較窄，這樣感應(yīng)器能夠沿著復(fù)雜界面移動從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜界面的焊接。

另外，（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)加熱焊接還具有節(jié)能、可重現(xiàn)性、易于自動化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是加熱溫度不易準(zhǔn)確控制，且產(chǎn)生的電磁場對人體危害較大。

3 （華夏天信金屬）高頻感應(yīng)加熱設(shè)備

（華夏天信金屬）高頻電源和感應(yīng)加熱器組成。要獲得理想的接頭，首先就要選擇優(yōu)良的電源和感應(yīng)器。

 3.1（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)電源

目前（華夏天信金屬）高頻感應(yīng)電源主要為IGBT、MOSFET等類型電源，感應(yīng)設(shè)備向微型化、模塊化、集成化方向發(fā)展。國內(nèi)外生產(chǎn)感應(yīng)電源公司很多，其中，美國AMERITHERM公司,RF 電源很有特色。

 3.2感應(yīng)圈設(shè)計

感應(yīng)加熱是利用感應(yīng)器進(jìn)行的，感應(yīng)器的形狀及其與工件之間的相互位置，強(qiáng)烈地影響著工件的加熱質(zhì)量和效率。因此，要求感應(yīng)熱處理工作者對感應(yīng)器的形狀和尺寸作出精心的設(shè)計和選擇。在選擇感應(yīng)其形狀結(jié)構(gòu)與尺寸時，必須注意考慮以下因素：

①工件被加熱部分的形狀、尺寸和位置，確定感應(yīng)器的類型、有效導(dǎo)體的形狀和尺寸以及附屬夾具的形狀等。

②感應(yīng)加熱電流的頻率， 確定感應(yīng)器載流導(dǎo)體的厚度。

③感應(yīng)加熱電源的功率容量和電壓等級等，確定感應(yīng)器的最大電流密度和阻抗大小，進(jìn)而確定感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式和冷卻方法（冷卻水和淬火介質(zhì)）。

   3.3感應(yīng)器形狀參數(shù)的選擇

    感應(yīng)器的形狀參數(shù)如圖1所示。

①間隙α

間隙是指有效圈內(nèi)表面至零件側(cè)表面之間的距離，常用α來表示。間隙是感應(yīng)器設(shè)計中的一個重要參數(shù)。由感應(yīng)加熱原理可知，α越小，感應(yīng)器效率越高。有資料介紹，當(dāng)α增加1 倍時，輸送給零件的功率下降58.3%；α增加2倍時，功率下降75%。

間隙增大從而降低感應(yīng)器效率的重要原因是漏磁通增加， 感應(yīng)加熱的能量就是靠磁通傳遞的。間隙也不能太小，其原因有三個：第一，間隙太小，將增加零件對感應(yīng)器的磨損；第二，間隙太小，將造成零件與感應(yīng)器之間打火放電，將零件和感應(yīng)器打壞或燒熔； 第三， 間隙太小，在零件淬火時易產(chǎn)生點(diǎn)狀裂紋，增大間隙，裂紋情況則明顯好轉(zhuǎn)。間隙α的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)工件的具體形狀及加熱要求確定。

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