天津高频焊H型钢唐天经理

天津高频焊H型钢唐天经理

（华夏天信金属）高频感应焊接 唐天司理 

摘要：阐述了（华夏天信金属）高频感应加热焊接的开展、原理和特征，，分析了（华夏天信金属）高频感应焊接设备中的首要构造参数，运用感应加热的基础理论提出了依据零件加热请求的特征挑选适宜的（华夏天信金属）高频电源和规划的感应器的技能措施。一起介绍了（华夏天信金属）高频感应加热在焊接加热中的运用：感应钎焊和感应熔覆焊。

关键字：（华夏天信金属）高频感应 加热 焊接 感应圈 感应钎焊 熔覆焊

1 （华夏天信金属）高频感应焊的开展

  （华夏天信金属）高频加热现已广泛运用于金属的热处理、熔炼、焊接等方面。感应焊是运用交变磁场一电场感应场中工件上的涡流效应加热工件，使工件熔化，然后完结焊接的一种办法。焊接设备由交流电源和感应加热圈构成。交流电源按其频率不一样分为（华夏天信金属）高频和中频，（华夏天信金属）高频电源因为频率高，加热敏捷，运用广泛。感应圈是感应加热设备的首要元件，交流电源的能量是经过它传递给焊件而完结加热的，通常用紫铜管制作，作业时管内通水冷却。感应圈能够依据不

同的需求规划成合理的构造，关于确保焊接质量和进步出产功率有严重的影响，常见的构造形式有单式、多螺管式、扁平式、外热式、内热式等。感应加热电源早在20世纪50年代就现已呈现，其时首要有：工频感应炉、中频发电机组、电子管振荡器式（华夏天信金属）高频电源。20世纪50年代末硅晶闸管的呈现引发了感应加热电源技能的一场革新，感应加热电源及其运用得到了飞速的开展。到20世纪80年代，IGBT开关器件的发明使感应电源的频率可高达100kHz，功率达MW级。

2 （华夏天信金属）高频感应加热原理和特征

 2.1（华夏天信金属）高频感应加热原理

   将工件放入感应器（线圈通常运用紫铜管制作而成）内，当感应器通入必定频率的交变电流，周围即发生交变磁场。交变磁场的电磁感应发生即性刹那间变化的强磁束，将金属等被加热物体放置在感应圈内，磁束就会贯穿悉数被加热物质，在被加热物质内部与加热的电流相反的方向发生很大的涡电流，因为被加热物质内的电阻发生焦耳热，使物质自身的温度敏捷上升，这即是感应加热的原理。

感应加热原理图

（华夏天信金属）高频感应加热是运用（华夏天信金属）高频感应设备发生的（华夏天信金属）高频磁场在磁导资料外表的法拉第电磁效应和焦耳效应在资料外表发生涡流，运用涡流发生的热能加热资料。在线圈的交变磁场中导体内所发生的感应电流(单位：A)为

式中B为磁感应强度(单位：T)；S为工件受磁场效果的横截面积(单位：cm2)；ƒ为交流电频率(单位：Hz)；N为感应线圈的匝数；Z为工件的阻抗(单位：Q)。

2.2（华夏天信金属）高频感应加热特征

   外表效应（集肤效应）：因为焦耳效应，涡流在金属资料中发生的热与金属的电阻、感应电流的关系式为Q=I²RT 由此可知，发生的热量Q与频率门的平方成正比，所以（华夏天信金属）高频感应的频率越高，加热的速度越快。当直流电经过导体时， 电流在导体截面上的散布是均匀的，可是当交流电经过圆柱导体时，电流散布是基地密度小，越挨近外表密度越大，当电流频率相当高时，导体的基地能够没有电流，而悉数会合在导体的外表，这种景象称为（华夏天信金属）高频电流的外表效应。涡流是由进入工件的交变磁场致使的，而磁场从工件的外表到心部也是按指数曲线衰减的，因而，涡流的Zui大值会合在工件的外表，这也是外表效应。涡流的理论透入深度δ为：式中：ρ资料电阻率，μ 为导磁率， ƒ为电流频率。

附近效应：两附近的导体，例如两汇流排或感应线圈与被感应应加热的零件，在有电流经过的状况下，因为电流磁场的彼此效果，在导体上的电流将从头散布，这种景象被称之为附近效应。

圆环效应：圆环形导体通入（华夏天信金属）高频电流（或中频）交流时所发生的磁场在环内会合，环外涣散，环内的磁通不只穿过环外空间，一起也穿过环形导体自身，这么就使环形导体外侧交链的磁通多于内侧，所以环形导体外侧发生较大的感应电动势，迫使电流在环形导体内侧的电流透入深度中流过，这种景象称为（华夏天信金属）高频电的环形效应。

在感应加热装置中，感应线圈和工件通常是同心安顿，因为导体和工件上的电流方向在任一刹那间都是相反的，所以电流都会合在感应线圈的内外表和工件的外外表上，工件外外表Zui早受热升温

2.3感应加热的频率

  用于感应加热的电源频率规模很大， 可从50 赫兹到几兆赫兹，挑选频率的首要依据是加热频率和温度散布，其次是思考各种加工技能（如淬火，焊接）对电流频率的一些特殊请求。熔炼透热加工技能请求加热温度均匀；而淬火请求满意淬应层深度，在此基础上，请求淬应层深度内加热温度均匀。关于熔炼还要思考功率和拌和力。再者频率高的电源较频率低的电源报价高，功率大的电源报价高，为此挑选电源频率及功率变成一项技能经济目标。

 2.4（华夏天信金属）高频感应加热焊接的特征

(1)加热速度快、出产功率高。

（华夏天信金属）高频感应加热单位功率高达500—1 000/ kW²，所以加热速度极快，大面积焊接所需时刻只需几秒，可大大缩短焊接时刻，进步出产率，下降出产本钱。

(2)热影响区小、对基体损害小。

（华夏天信金属）高频感应加热的集肤效应使得待焊工件的加热深度很浅，乃至能够到达零点几毫米，只是依托工件传热向芯部导热，工件任一点在进入感应器内时，被急剧加热到消融温度，脱离感应器就进入急剧冷却状况，几乎没有保温时刻，加热时刻极短，所以热影响区很小，根本不会损害基体。别的，氧化皮生成很少，即便在空气中加热，坯料外表的氧化、脱

碳也十分少。

(3)避免或削减界面脆性化合物的构成，焊接接头力学功用。

因为感应加热速度快、能量会合、冷却时刻短，取得的奥氏体晶粒细，所以感应加热的工件具有十分好的金相安排。用于异种金属焊接则因加热时刻极短能够削减界面脆性化合物的构成，能够有用地进步焊接接头的力学功用。

(4)完结杂乱界面的焊接。

感应器加热头能够依据不一样工件的加热需求规划成相应的形状，而极短的加热时刻能够完结有些加热，加热区温度敏捷树立，温度过渡区较窄，这么感应器能够沿着杂乱界面移动然后完结杂乱界面的焊接。

别的，（华夏天信金属）高频感应加热焊接还具有节能、可重现性、易于自动化出产等长处。缺乏之处是加热温度不易操控，且发生的电磁场对人体损害较大。

3 （华夏天信金属）高频感应加热设备

（华夏天信金属）高频电源和感应加热器构成。要取得抱负的接头，首要就要挑选的电源和感应器。

 3.1（华夏天信金属）高频感应电源

现在（华夏天信金属）高频感应电源首要为IGBT、MOSFET等类型电源，感应设备向微型化、模块化、集成化方向开展。国内外出产感应电源公司许多，其间，美国AMERITHERM公司,RF 电源很有特征。

 3.2感应圈规划

感应加热是运用感应器进行的，感应器的形状及其与工件之间的彼此方位，激烈地影响着工件的加热质量和功率。因而，请求感应热处理作业者对感应器的形状和尺度作出精心的规划和挑选。在挑选感应其形状构造与尺度时，有必要留意思考以下要素：

①工件被加热有些的形状、尺度和方位，断定感应器的类型、有用导体的形状和尺度以及隶属夹具的形状等。

②感应加热电流的频率， 断定感应器载流导体的厚度。

③感应加热电源的功率容量和电压等级等，断定感应器的Zui大电流密度和阻抗巨细，进而断定感应器的构造形式和冷却办法（冷却水和淬火介质）。

   3.3感应器形状参数的挑选

    感应器的形状参数如图1所示。

①空隙α

空隙是指有用圈内外表至零件侧外表之间的间隔，常用α来表明。空隙是感应器规划中的一个首要参数。由感应加热原理可知，α越小，感应器功率越高。有资料介绍，当α添加1 倍时，输送给零件的功率下降58.3%；α添加2倍时，功率下降75%。

空隙增大然后下降感应器功率的首要要素是漏磁通添加， 感应加热的能量即是靠磁通传递的。空隙也不能太小，其要素有三个：第一，空隙太小，将添加零件对感应器的磨损；第二，空隙太小，将构成零件与感应器之间打火放电，将零件和感应器打坏或烧熔； 第三， 空隙太小，在零件淬火时易发生点状裂纹，增大空隙，裂纹状况则明显好转。空隙α的详细数值应依据工件的详细形状及加热请求断定。

②有用圈厚度b

有用圈厚度的挑选要思考以下几种要素：电流在有用圈中的透入深度；有用圈要有满意的强度，确保在电磁力及零件和隶属重力效果夹具下不变性，不损坏；加热过程中的冷却状况等。依据上述要素可用以下两个经历公式：

③有用圈高度Hi：

轴类零件中心有淬火长度Lz时，有用圈的高度要大于淬火区Lz，这是因为淬火加热时淬火区两头的冷金属要吸收热量，影响淬火区长度。通常，中频感应器用式子：

Hi=（1.1~1.3）Lz

感应加热是运用感应器进行的，感应器的形状及其与工件之间的彼此方位，激烈地影响着工件的加热质量和功率。因而，请求感应热处理作业者对感应器的形状和尺度作出精心的规划和挑选。在挑选感应其形状构造与尺度时，有必要留意思考以下要素：

(1)工件被加热有些的形状、尺度和方位，断定感应器的类型、有用导体的形状和尺度以及隶属夹具的形状等；

(2)感应加热电流的频率，断定感应器载流导体的厚度；

(3)感应加热电源的功率容量和电压等级等，断定感应器的Zui大电流密度和阻抗巨细，进而断定感应器的构造形式和冷却办法(冷却水和淬火介质)。

4 异种金属焊接的特征和办法

金属资料的种类很多，优缺陷各不一样。为了充分发挥不一样资料的优势，现代工业中常常请求异种金属衔接运用，这关于进步资料运用功用、有用运用金属资本具有首要含义。

铝及其合金的密度低、比强度高，加之耐腐蚀性、导电性、导热性，以及杰出的可加工性和可回收性、储量丰富、报价便宜等特征，已变成一种首要的轻金属构造资料。关于请求构造轻型化和低本钱规划与制作的交通工具，铝合金正广泛运用于高速船只、轿车、航空航天和别的一些金属构造。例如高速巡逻艇和奢华游艇大多选用主船体为钢质构造，上层建筑为铝合金构造。为了完结铝合金构造与钢构造的有用衔接，对钢一铝异种金属的焊接研究具有首要的含义。

铜及其合金的高电导率和热导率、易于成型以及恰当的机械功用等特性使其变成在工程上广泛运用的一种首要有色金属资料。可是铜，尤其是工业纯铜，一起存在强度低、硬度低、抗氧化性差、耐磨性不缺乏，使其运用规模遭到限制。铜与钢、铜与铝等异种金属的衔接运用能有用改进上述缺乏。现在异种金属的衔接首要包含铝一钢，铝一铜，铝一钛，铜一钢，铜一钛等。

异种金属因为物理化学功用的无穷区别使熔化焊接艰难：熔点相差悬殊；线膨胀系数、热导率和热容量相差很大，简单致使热应力而发生裂纹；界面过渡区易构成脆性的金属间化合物；有些金属如铝、钛外表简单生成难熔的氧化物膜，会在焊缝中构成夹渣。因而，选用传统的熔焊办法难以完结异种金属的有用焊接。

现在异种金属焊接首要选用激光焊、冲突焊、爆破焊、分散焊、钎焊等。激光焊能量会合，热输入量小，冷却速度快，焊接质量较好，但设备投资无穷，难以推行。冲突焊和爆破焊接头的形状遭到限制。爆破焊选用刹那间焊接，限制了脆性化合物的生成，且界面平坦、联系结实，现在钢一铝焊接首要选用爆破焊接。例如，南华高速船只工程股份有限公司制作的高速船首要选用法国Nobel爆破公司制作的钢一铝过渡接头131。但爆破焊简单致使母材的变

形，且出产功率低，本钱高。分散焊工件受限且耗能耗时，功率低。钎焊是异种金属焊接的首要办法，它能够避免异种金属因成分、功用不一样构成的熔化焊接艰难，焊接挑选温度规模广泛，焊件的应力和变形小，可完结杂乱形状、不一样金属乃至金属与非金属的焊接。缺陷是焊接接头强度通常比较低。依据钎焊办法的不一样又可分为火焰钎焊、电阻钎焊、感应钎焊、炉中钎焊等。

5 （华夏天信金属）高频感应焊接在异种金属焊接中的运用

现在，（华夏天信金属）高频感应焊接首要用于感应钎焊和外表熔覆焊。

5.1感应钎焊

感应钎焊是依托工件在交变磁场中发生的感应电流的电阻热使钎料熔化，液态钎料在毛细效果下填充空隙然后完结钎焊的一种办法。（华夏天信金属）高频感应加热钎焊运用（华夏天信金属）高频交流电来完结钎焊。关于磁场中要完结钎焊的两金属体，只需合理选用感应器，运用电磁的相邻效应和端部效应就能使能量会合在两金属体之间的钎焊界面。要想取得杰出的钎焊接头，有必要思考钎料的熔化、散布以及熔点的一起性，散布的均匀性，这些都与感应器和工件的匹配有关。

感应圈的形状及其与工件之间的彼此方位对加热的质量和功率起着至关首要的效果，准确规划和选用感应圈的根本原则是确保焊件加热敏捷，均匀。为了进步加热功率，应尽量减小感应圈与焊件之间的间隔不要大于2-3 toni，必要时可经过加导磁体改动磁力线状况。感应加热电流频率的挑选首要参阅对焊接工件温度散布的请求和对电磁拌和力的请求。

感应钎焊熔敷层的成形及功用遭到多种要素的影响，其间技能参数的挑选是很首要的方面。因而有必要了解各首要参数对各项技能目标的影响及其影响规则，然后能够经过合理地挑选技能参数，消除技能毛病，取得杰出的熔敷层。

首要技能参数如下：

1．线圈电流

线圈电流的巨细直接影响到感应电流的巨细和感应加热的速率，感应加热的速率不一样便会决议熔敷层成形的好坏和功率。因为铜的铺展需求必定的温度，只要超越此温度时液态铜才能很顺畅铺展，当加热速度很快时，就会节省时刻，进步出产功率，所以从这个角度来说感应加热速度越大越好，也即是线圈电流越大越好。但是，因为是感应加热，存在集肤效应，通常都是表层很薄的一层内有电流，因而大有些热量也会会合于此，假如加热速度过快的话，就会使得外表熔敷的铜过热，然后使得铜的成形变坏。因而线圈电流的挑选是十分首要的。

2．加热时刻

在线圈电流一样的状况下，加热时刻决议了熔敷层的加热状况。当加热时刻过小时，工件得不到有用的加热，熔化的铜液不能均匀地铺展，乃至铜丝得不到满意的热量熔化。当加热时刻过大时，熔敷层得到了过大的热量，会呈现熔敷层过热或过烧的状况，相同得不到成形杰出的熔敷铜层。因而在断定线圈电流以后，有必要挑选适宜的加热时刻与之配合。

3．工件与感应线圈的间隔

在感应加热中工件与感应线圈间隔的挑选十分首要，由毕奥一萨伐尔规律能够知道，工件和感应线圈的相对间隔会直接影响到磁场的强弱，因而其间隔的挑选显得十分首要。工件与感应线圈间隔过高，加热速度慢，出产功率低，且成形欠好。工件与感应线圈间隔过小，简单构成电弧，发生短路，然后损坏实验的继续进行。因而有必要挑选适宜的工件与感应线圈间隔。

4．焊剂

在焊接过程中有必要对焊接区内的金属进行维护，这是焊接化学冶金的特征之一。相同，在感应钎焊过程中，也有必要对焊接区进行维护，避免其氧化。因而焊剂的挑选显得十分首要。

焊接过程中焊剂的功用如下：

 (1)溶解被焊母材外表的氧化膜。在大气中，被焊母材外表老是被氧化膜掩盖着，其厚度大约为2×10。9~2xlO—m。在焊接时，氧化膜必然会阻挠焊料对母材的潮湿，焊接就不能正常进行，因而有必要在母材外表涂敷焊剂，使母材外表的氧化物复原，然后到达消除氧化膜的意图。

(2)避免被焊母材的再氧化。母材在焊接过程中需求加热，高温时金属外表会加快氧化，因而液态焊剂掩盖在母材和焊料的外表可避免它们氧化。

(3)下降熔融焊料的外表张力。熔融焊料外表具有必定的张力，就像雨水落在荷叶上，因为液体的外表张力会当即聚结成圆珠状的水滴。熔融焊料的外表张力会阻挠其向母材外表漫流，影响潮湿的正常进行。当焊剂掩盖在熔融焊料的外表时，可下降液态焊料的外表张力，使其潮湿功用明显得到进步。

(4)维护焊接母材外表的效果。被焊资料在焊接过程中已损坏了本来的外表维护层。好的焊剂在焊完以后，能敏捷康复焊材原有的维护效果。

（华夏天信金属）高频感应钎焊加热速度快，加热温度规模宽，短时刻有些会合加热能够有用避免接头区母材安排的粗化，格外适合于难熔异种金属的衔接，而迅速凝固使得焊缝安排均匀，纯净度高，物理和力学功用。

5.2外表熔覆焊

外表熔覆焊是在金属外表熔覆一层金属或非金属资料，以到达耐磨、耐腐蚀，改进导电导热功用以及满意特殊需求等请求，可选用激光、等离子、火焰和（华夏天信金属）高频感应等进行外表熔覆。

   （华夏天信金属）高频感应外表熔覆通常运用平面感应器和管状外热式感应器，选用熔剂或惰性气体防氧化维护。熔覆资料通常为合金资料，加工成粉状或膏状，除了要满意熔覆后的既定功用还要思考其熔化后在基体上的潮湿性。

（华夏天信金属）高频感应熔覆焊是经过感应加热基体外表向熔覆资料传热，所以要挑选适宜的熔覆资料熔点，避免加热时基体温度过高构成熔深过大。因为涂层和基体资料存在特性区别，依据感应加热中的涡流散布特征，涂层和基体界面处的涡流很大，致使界面处温度较高，所以涂层和基体的联系部位通常会生成一条白亮带，这是感应熔覆安排的一个特征。感应熔覆的加热速度快，资料的氧化烧损少，且外表较平坦。

感应熔覆是一种运用感应线圈通电发生的涡流效应来加热基体及涂覆层，使涂层在基体外表熔化，完结金属外表与涂层联系的熔覆技能。

感应熔覆技能对错接触式的加热方法，其原理是将工件置于通交变电流的感应线圈内，在交变磁场内工件因为电磁感应效应在外表发生感应涡流，依托涡流发生的能量对工件完结加热。

与别的的外表熔覆技能比较，感应熔覆具有如下特征： 

（1）加热速度快，出产周期短。有数据显现，感应熔覆的速度大约是激光熔覆的10倍，是氧乙炔喷焊的20倍； 

（2）本钱低。选用感应熔覆技能的本钱是平等厚度下电镀硬铬本钱的1/2~2/3，是激光熔覆本钱的2/5； 

（3）对基体的热影响小，能量首要会合在工件的外表； 

（4）熔覆层的厚度可控，可依据需求在工件外表熔覆一层或多层资料； 

（5）环保无污染。感应熔覆的热源为电能，加热时不发生有害气体和污染物； 

（6）感应熔覆技能在规则形件的大批量出产上有无穷的优势。

 6 定论

(1)（华夏天信金属）高频感应焊具有加热速度快、热量会合、易于完结自动化的特征，其集肤效应使得热影响区小，对基体损害小。

(2)异种金属衔接复合运用越来越广泛，但因为物理化学功用的无穷区别致使其熔化焊接艰难，（华夏天信金属）高频感应共同的特性可完结异种金属的钎焊和熔覆焊，接头构成冶金联系，焊接质量高。

(3)采纳恰当的焊接技能，合理操控焊接温度和时刻，运用（华夏天信金属）高频感应加热可完结异种金属直接的熔一钎焊。

(4)焊剂具有溶解被焊母材外表的氧化膜，避免被焊母材的再氧化，下降熔融焊料的外表张力，维护焊接母材外表的效果。

(5)感应熔覆具有加热速度快，出产周期短，熔覆层的厚度可控等特征。

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