感应加热基础知识

下面将简要介绍感应加热及其影响因素，以及我们在该领域的服务范围。

什么是感应加热？

与传统加热机制相比，感应加热具有众多优势。它是一种直接工艺。因此，热量产生于工件本身，而无需通过工件表面引入。除了效率非常高之外，理论上还可以实现几乎无限的功率密度，这意味着可以实现非常短的加热时间。不过，感应加热最重要的优势是工艺可靠性高和加热质量好。

电磁场在材料中的作用范围（也称为穿透深度 δ）可以通过频率来具体影响（见插图）。这样就可以精确设定所需的加热曲线，这对于感应淬火尤为重要。

感应加热时穿透深度与频率的关系

感应加热的影响因素

除了与频率有关的穿透深度外，感应加热的效率还取决于各种影响因素：材料参数、线圈设计、转换器的功率和质量以及应用所需的被加热部件的温度变化。

电绝缘或导电材料

感应加热通常需要导电材料。不过，非导电材料（如塑料）也可以通过先耦合导电金属作为感热体，然后将热量传递给非导电材料来间接加热。

渗透性

在达到居里温度（磁性材料失去磁性的温度）之前，磁性材料的电气效率特别高。这是由于两种效应造成的：一方面，较低的穿透深度会导致较高的阻抗，即系统具有较高的阻抗。另一方面，由于磁性材料的永久磁极反转，磁性材料会产生额外的磁滞损耗。磁性材料只有在超过居里温度时才会失去这种优势。由于这种非线性，在设计和规划感应系统时，磁性材料的感应加热需要丰富的经验。

几何学

由于 85% 的功率是在穿透深度范围内转换的，因此在选择频率时必须使直径与穿透深度之比达到约 3.5 的值。否则，材料内部的温度均衡只能通过热传导来实现，这将导致直径较大或导热性较差的元件的加热时间过长。

电阻

对于高效感应加热而言，材料的比电阻是最重要的影响因素之一，这一点可以用一个简单的方法来说明。根据焦耳定律，转换功率 P 与电阻 R 和电流强度平方的乘积成正比：

根据定义，电气效率 η 是工艺总功率与工件转换功率之商。如果忽略供电线路和电源电气元件上的损耗，总功率可以表示为线圈损耗和引入工件的功率之和：

利用焦耳定律，效率可与电阻直接相关：

线圈设计

感应加热的核心是感应线圈。每种感应加热工艺都需要开发定制的线圈设计。高质量的感应系统需要在线圈设计方面拥有深厚的专业知识和多年的经验，以满足加热质量、产量和效率方面的工艺要求。

与传统加热方法相比，感应加热有许多优点

与使用燃气或燃油等传统加热工艺相比，感应加热最重要的优势之一是出色的过程控制和可重复性。化石燃料的能量含量会自然波动，从而影响加热过程，而感应系统的最终温度则可以在规定时间内控制在秒级。

这些优点和其他优势使得感应技术的市场份额稳步增长。尽管感应加热技术还在继续发展，并不断开拓新的应用领域，但在可预见的未来，感应加热技术的巨大潜力还远远没有发挥出来。

感应加热的主要应用领域可分为以下几类：

加热至成型温度的感应系统

感应预热是感应加热的经典应用之一。无论是固定材料还是连续生产，都能实现短周期和高质量的加热。

板材和带材的感应加热

根据工件厚度的不同，板材和带材的感应加热有两种不同的工艺：纵向磁场加热和横向磁场加热。这两种工艺都可以产生很高的功率密度，这意味着可以实现非常快的加热时间。

感应淬火

感应表面硬化是一种提高抗疲劳性和耐磨性以及相关静态强度的工艺。感应式表面硬化的一个特别优势在于，通过频率和感应器的几何形状，结合使用场集中器，可以精确调整硬化轮廓。

感应焊接

感应焊接的主要应用与管道的纵缝焊接有关。该工艺适用于所有类型的钢材和有色金属，以及圆形和矩形型材，产量高、质量好。

感应退火

感应退火非常适合去除粗糙或不均匀的微观结构、内应力，或方便加工和成型。最重要的优点是温度精度高且均匀。

感应焊接

在感应焊接中，工件被加热到焊料的工作温度，焊料以手动或连续的方式施加到焊点上。由于加热时间非常短，焊点表面不会出现氧化物，因此焊点效果非常好。

感应熔化

感应熔化是感应加热的一个广泛应用领域。感应炉分为坩埚感应炉和槽式感应炉。坩埚感应炉主要用于熔化，具有自动化能力强、操作性能高和搅拌能力强等特点。槽式感应炉主要用作保温炉或熔化有色金属。其最大优点是电气效率非常高，可达 95 % 至 98 %。

现代数值计算方法带来更好的加热效果

圆形螺栓的感应加热

新产品、生产工艺或技术解决方案的开发需要经验、理论背景知识和正确工具的结合。我们将来自研究和工业实践的可靠专业知识与计算机辅助方法相结合。数值模拟已成为不可或缺的工具，尤其是在现代感应系统的设计中。早期的经验计算方法无法捕捉复杂的物理关系，也无法满足当今对经济效益和产品质量的要求。此外，只有通过数值模拟，才能详细了解感应加热过程，消除错误或不良影响，并进行优化。

我们的服务

凭借我们在电感、结构-机械以及流体和热力学过程数值模拟领域的丰富专业知识，我们甚至能够对复杂的过程进行建模并进行高精度设计。这使我们不仅能够评估可行性研究和初步开发的成功与否，还能对最终产品进行具体设计。

我们乐于以顾问身份提供支持，并积极解决技术问题。

我们的服务具体包括

• 进行市场分析
• 制定规格
• 制定概念性解决方案
• 创建设计

感应系统和组件的配送

我们销售以下领域的定制解决方案、全套系统和备件：

• 发电机和 IGBT 转换器
• 感应加热
• 感应淬火
• 感应熔化

所提供的产品符合所有现行标准和安全规定，并在耐用性和质量方面得到了国际客户的认可！

优化加热、硬化和熔化工艺

表面硬化感应加热

为了在质量或生产成本方面成功优化产品或工艺，有关物理影响因素的数据至关重要。经验研究只能在有限的范围内满足这一要求。因此，测量数据的获取往往因无法到达测量点或对设备的要求极高而不完整，或因耗费大量精力而在时间和经济上不划算。相比之下，使用计算机辅助分析或数值模拟是一种更为有效的方法。通过这种方法，可以对零件、组件或整个生产过程进行建模，并确定详细信息。通过这种方法获得的数据可用于识别和改进薄弱环节。在这种情况下，使用参数化模型就可以在使用最少资源的情况下研究许多不同的变化。这种优化方法可以应用到许多其他领域。

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我们专注于感应系统、感应工艺（如感应加热或感应淬火）和制造工艺的分析、规划和优化。如需了解更多信息或有任何疑问，请致电 06202 8598456 或发送电子邮件至 info@eltatech.de 与我们联系。