高頻焊接h型鋼圖片唐經(jīng)理

（華夏天信金屬）高頻感應焊接 唐天經(jīng)理 15222225611

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

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

1 （華夏天信金屬）高頻感應焊的發(fā)展

  （華夏天信金屬）高頻加熱已經(jīng)廣泛應用于金屬的熱處理、熔煉、焊接等方面。感應焊是利用交變磁場一電場感應場中工件上的渦流效應加熱工件，使工件熔化，從而實現(xiàn)焊接的一種方法。焊接設(shè)備由交流電源和感應加熱圈組成。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，應用廣泛。感應圈是感應加熱設(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。感應加熱電源早在20世紀50年代就已經(jīng)出現(xiàn)，當時主要有：工頻感應爐、中頻發(fā)電機組、電子管振蕩器式（華夏天信金屬）高頻電源。20世紀50年代末硅晶閘管的出現(xiàn)引發(fā)了感應加熱電源技術(shù)的一場革命，感應加熱電源及其應用得到了飛速的發(fā)展。到20世紀80年代，IGBT開關(guān)器件的發(fā)明使感應電源的頻率可高達100kHz，功率達MW級。

2 （華夏天信金屬）高頻感應加熱原理和特點

 2.1（華夏天信金屬）高頻感應加熱原理

   將工件放入感應器（線圈通常使用紫銅管制作而成）內(nèi)，當感應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產(chǎn)生即性瞬間變化的強磁束，將金屬等被加熱物體放置在感應圈內(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，這就是感應加熱的原理。

感應加熱原理圖

（華夏天信金屬）高頻感應加熱是利用（華夏天信金屬）高頻感應設(shè)備產(chǎn)生的（華夏天信金屬）高頻磁場在磁導材料表面的法拉第電磁效應和焦耳效應在材料表面產(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體內(nèi)所產(chǎn)生的感應電流(單位：A)為

式中B為磁感應強度(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）高頻感應加熱特點

   表面效應（集膚效應）：由于焦耳效應，渦流在金屬材料中產(chǎn)生的熱與金屬的電阻、感應電流的關(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）高頻感應的頻率越高，加熱的速度越快。當直流電通過導體時， 電流在導體截面上的分布是均勻的，但是當交流電通過圓柱導體時，電流分布是中心密度小，越接近表面密度越大，當電流頻率相當高時，導體的中心可以沒有電流，而全部集中在導體的表面，這種現(xiàn)象稱為（華夏天信金屬）高頻電流的表面效應。渦流是由進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。渦流的理論透入深度δ為：式中：ρ材料電阻率，μ 為導磁率， ?為電流頻率。

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

圓環(huán)效應：圓環(huán)形導體通入（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)形導體本身，這樣就使環(huán)形導體外側(cè)交鏈的磁通多于內(nèi)側(cè)，于是環(huán)形導體外側(cè)產(chǎn)生較大的感應電動勢，迫使電流在環(huán)形導體內(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。

在感應加熱裝置中，感應線圈和工件通常是同心安置，由于導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感應加熱的頻率

  用于感應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層深度，在此基礎(chǔ)上，要求淬應層深度內(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)濟指標。

 2.4（華夏天信金屬）高頻感應加熱焊接的特點

(1)加熱速度快、生產(chǎn)效率高。

（華夏天信金屬）高頻感應加熱單位功率高達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）高頻感應加熱的集膚效應使得待焊工件的加熱深度很淺，甚至可以達到零點幾毫米，僅僅依靠工件傳熱向芯部導熱，工件任一點在進入感應器內(nèi)時，被急劇加熱到融化溫度，離開感應器就進入急劇冷卻狀態(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，焊接接頭力學性能優(yōu)異。

由于感應加熱速度快、能量集中、冷卻時間短，獲得的奧氏體晶粒細，所以感應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性能。

(4)實現(xiàn)復雜界面的焊接。

感應器加熱頭可以根據(jù)不同工件的加熱需要設(shè)計成相應的形狀，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，這樣感應器能夠沿著復雜界面移動從而實現(xiàn)復雜界面的焊接。

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

3 （華夏天信金屬）高頻感應加熱設(shè)備

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

 3.1（華夏天信金屬）高頻感應電源

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

 3.2感應圈設(shè)計

感應加熱是利用感應器進行的，感應器的形狀及其與工件之間的相互位置，強烈地影響著工件的加熱質(zhì)量和效率。因此，要求感應熱處理工作者對感應器的形狀和尺寸作出精心的設(shè)計和選擇。在選擇感應其形狀結(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，確定感應器的類型、有效導體的形狀和尺寸以及附屬夾具的形狀等。

②感應加熱電流的頻率， 確定感應器載流導體的厚度。

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

   3.3感應器形狀參數(shù)的選擇

    感應器的形狀參數(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。間隙是感應器設(shè)計中的一個重要參數(shù)。由感應加熱原理可知，α越小，感應器效率越高。有資料介紹，當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器效率的重要原因是漏磁通增加， 感應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，將增加零件對感應器的磨損；第二，間隙太小，將造成零件與感應器之間打火放電，將零件和感應器打壞或燒熔； 第三， 間隙太小，在零件淬火時易產(chǎn)生點狀裂紋，增大間隙，裂紋情況則明顯好轉(zhuǎn)。間隙α的具體數(shù)值應根據(jù)工件的具體形狀及加熱要求確定。

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