【科普】CEIA感應(yīng)加熱原理

感應(yīng)加熱是一種非接觸式加熱，熱傳遞高效且僅涉及需要處理的金屬部件。

CEIA感應(yīng)加熱系統(tǒng)基于三種原理：    

1.通過電磁場將電能轉(zhuǎn)換為熱能    

2.能量轉(zhuǎn)換基于焦耳熱效應(yīng)    

3.物質(zhì)內(nèi)部熱量傳遞基于熱傳導(dǎo)

將待加熱金屬工件放在尺寸適當(dāng)?shù)母袘?yīng)線圈附近， 向線圈傳導(dǎo)高頻/中頻交流電以產(chǎn)生磁束，磁束貫穿放置在其中的金屬工件，在與磁束自繳的方向產(chǎn)生渦電流（旋轉(zhuǎn)電流）。磁場變化越快，感應(yīng)電動勢就越大，渦流就越強。渦流損耗產(chǎn)生非接觸作用下的焦耳熱效應(yīng)——渦電流的電能依靠材料本身的內(nèi)阻轉(zhuǎn)化為熱能。

由于線圈中間的導(dǎo)體在圓周方向可以等效成一圈圈的閉合電路，閉合電路中的磁通量不斷發(fā)生改變，由此在導(dǎo)體圓周方向產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，電流方向沿導(dǎo)體圓周方向轉(zhuǎn)圈，就像一圈圈的漩渦，所以這種在整塊導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象稱為渦流現(xiàn)象。

總結(jié)而言，通過交變電流，產(chǎn)生交變磁場，再利用交變磁場來產(chǎn)生渦電流，金屬因電阻產(chǎn)生焦耳加熱。

交流電通過圓環(huán)形或螺旋型線圈時，最大的電流密度出現(xiàn)在線圈導(dǎo)體的內(nèi)側(cè) [4]。因此，感應(yīng)線圈內(nèi)環(huán)加熱工件的升溫速率最快、效率最高 [9]。工件內(nèi)部加熱待加熱工件內(nèi)部加熱主要分為兩種方式：加熱層厚度＞熱態(tài)渦流透入深度：內(nèi)部加熱主要依靠熱傳導(dǎo)。加熱層厚度＜熱態(tài)渦流透入深度：透入式加熱。當(dāng)表面溫度達(dá)到失磁點時，加熱層即被分為外層失磁層和與之毗鄰的內(nèi)未失磁層，外失磁層磁導(dǎo)率驟降使此處渦流強度顯著降低，使渦流強度最大處向外層失磁層與內(nèi)未失磁層交界處轉(zhuǎn)移，該處升溫速度增加。因此，失磁層與渦流強度最大處不斷向縱深移動，使工件逐層加熱，直到熱透深度。

加熱速率主要取決于感應(yīng)渦流熱效應(yīng)——感應(yīng)線圈中電流越大，所產(chǎn)生的磁通也就越大，使得工件中產(chǎn)生的渦流增大，工件升溫速率增加。此外，渦流大小還與金屬工件截面大小與形狀、材料電磁特性以及由集膚效應(yīng)決定的透入深度有關(guān) [4]。加熱深度主要取決于渦流透入深度——頻率越高渦流透入深度越小，頻率越低渦流透入深度越大。據(jù)此效應(yīng)，CEIA高頻感應(yīng)加熱/焊接系統(tǒng)適用于加熱、局部加熱、小工件加熱/淬火/回火/焊接等加熱體積較小的應(yīng)用。高頻感應(yīng)加熱時，渦電流在線圈接近對象上集中，在物體表面較強，內(nèi)部較弱，利用此原理可在工件局部選擇性集中加熱，達(dá)到瞬間加熱的效果。而CEIA中頻感應(yīng)加熱/焊接系統(tǒng)則適用金屬材料熱處理、熱成型、煅造、熔煉、較大工件焊接等加熱體積較大的應(yīng)用。

利用以上這些原理、特性，配合合適線圈的適用，CEIA感應(yīng)加熱系統(tǒng)可實現(xiàn)快速加熱、局部加熱、軟釬焊、硬釬焊、淬火、退火、回火、熱裝配、熱成型、煅造、熔煉等應(yīng)用，其加熱過程可控可重復(fù)，能源轉(zhuǎn)化高效，提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，具有用戶安全性。