高频机与感应加热技术

高频机与感应加热技术
吕健（总工）

            您能想象的到，一根铁棒一二秒钟就可以被加热烧红吗？任何金属都可以被很快地加热到其熔化吗？

            这就是一种人类目前能够做到和掌握的最快捷的对金属材料直接加热法     ——高中频感应加热。

            通常人们对物体的加热，一是利用煤、油、气等能源的燃烧产生热量；二是利用电炉等用电器将电能转换成热量。这些热量只有通过热传递的方式（热传导、热对流、热辐射），才能传递到需要加热的物体上，也才能达到加热物体的目的。由于这些加热方式，被加热的物体是通过吸收外部热量实现升温的。因此，它们都属于间接加热方式。

            我们知道，热量的自然传递规律是：热量只能从高温区向低温区，高温体向低温体，高温部分向低温部分自然的传递。因此，只有当外部的热量、温度明显多于、高于被加热物体时，才能将其有效地加热。 这就需要用很多的能量来建立一个比被加热物体所需要的热量多的多、温度高的多的高温区。如炉，烘箱等。这样，不但这些热量中只有少部分能够传递到被加热体上，造成很大的能源浪费。 而且加热时间长，在燃烧、加热的过程中，还会产生大量的有害性物质和气体。它们既会对被加热体造成腐蚀性的损害，又会对大气造成污染。即便是使用电炉等电能加热方式，虽然无污染，但仍然存在着效率低、成本高、加热速度慢等缺点。

             科学的进步与发展，使我们今天无论是对金属物体加热还是对非金属物体加热，都可以采用高效、快速,且十分节能和环保的方式加热.这就是直接加热方式。 对于非金属材料，可采用工作频率约240MHZ及以上，能使其内部分子、原子每秒振动、磨擦上亿次之多的微波加热。对于金属材料，则可采用工作频率在几千赫兹（KHZ）至几百千赫兹、兆赫兹（MHZ）以上的中频、超音频、高频、超高频感应加热。也可以采用低频感应加热，如工频50HZ等。

             中频、超音频、高频感应加热，是将工频（50HZ）交流电转换成频率一般为1KHZ至上百KHZ，甚至频率更高的交流电．利用电磁感应原理，通过电感线圈转换成相同频率的磁场后，作用于处在该磁场中的金属物体上。 利用涡流效应，在金属物体中生成与磁场强度成正比的感生旋转电流（即涡流）。由旋转电流借助金属物体内的电阻，将其转换成热能。同时还有磁滞效应、趋肤效应、边缘效应等，也能生成一定的热量，它们共同使金属物体的温度急速升高，实现快速加热的目的。

   　　  高频电流的趋肤效应，可以使金属物体中的涡流随频率的升高，而集中在金属表层环流。这样就可以通过控制工作电流的频率，实现对金属物体加热深度的控制。既能提高加工工艺的质量，又可以保证能量被充分地利用。 当用于红冲、热煅及工件整体退火等工艺时,由于工件需要的加热深度大，甚至需要透热.这时可以将感应加热设备的工作频率降低（如中频、超音频）；当用于表面淬火、焊接等工艺时，它们需要的加热深度小，这时则可以将工作频率升高（如高频）。另一方面，对于体积较小的工件或管材、板材，选用高频加热方式，对于体积较大的工件，选用中频、超音频加热方式。

           由于感应加热时间短、速度快，并且还是非接触式（加热物体不需要与感应圈接触）的加热。所以，比其它的加热方式氧化和脱碳现象都比较轻微，一般不需要做气体保护处理,确实有需要时也比较容易于进行气体保护。

             电子技术的飞速发展,使电子元器件无论是质量方面、效能方面, 还是可靠性方面,都有了很大的进步.在体积方面也更为小型化、微型化。这为感应加热技术提供了更好的发展条件与空间。 在小信号生成与处理，控制与保护，调节与显示等方面，都更多地运用了可靠性更高、稳定性更好、抗干扰能力更强的数字电路。在功率元件上，更是从耗能大、效率低、工作电压高、辐射量较大的电子管，一代代地经晶闸管、场效应管（MOSFET），发展到了IGBT（绝缘栅双极晶