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20241018
感應加熱
來源:
https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%84%9F%E5%BA%94%E5%8A%A0%E7%83%AD
感應加熱
感應加熱是一種利用電磁感應來加熱電導體(一般是金屬)的方式,會在金屬中產生渦電流,因電阻而讓金屬加熱。感應加熱器包括會通過高頻交流電的電磁鐵,其中,若物體有較大的磁導率,也可能會因為磁滯現象的損失而產生熱。使用的交流頻率依欲加熱物品的尺寸金屬種類,加熱線圈和欲加熱物品的耦合程度以及滲透深度來決定。
許多加熱的方式是在金屬外部加熱,透過熱傳導方式傳導到金屬中,但感應加熱不同,其熱源在金屬內部。金屬可以迅速的加熱。而且感應加熱也不需要接觸熱源,適用於一些需考慮污染的場合。感應加熱常用在許多工業製程中,例如冶金學中的熱處理,半導體製程中的柴可拉斯基法及區域熔煉,也可以用在要很高溫才能熔化的難熔金屬。若是食物的包裝或是容器可以感應加熱,也可以用此方式加熱食物,這即為電磁爐的原理。
應用
[編輯]感應加熱可以針對工件加熱特定部份,可以應用在表面硬化、熔化、硬焊、軟釺焊,以及加熱物件來和其他物件配合。鐵和鋼因為其鐵磁性的特性,對感應加熱有最佳的反應,不過任何金屬都會因為感應加熱產生渦電流,而磁性材料則會產生磁滯現象。感應加熱已被用來加熱液態的導體(例如熔融的金屬)及電漿的導體(例如感應電漿技術)。感應加熱也可以用來加熱石墨坩堝(其中放置其他材料),廣泛的在半導體產業中加熱矽或是其他半導體材料。電網頻率 (50/60 Hz) 感應加熱不需要逆變器產生其他頻率的交流電,常用在許多低成本的工業應用中。
感應電爐
[編輯]感應電爐用感應的方式來熔化金屬。在熔化後,高頻的磁場也可以攪動金屬,若是製作合金時可以確保加入的金屬和原金屬充份混合。大部份的感應電爐包括一個水冷的銅環,外層包著一層耐熱材料。感應電爐比反射爐及高爐要環保,在熔化金屬時,已經取代這二種生產方式,成為現代工廠常用的清潔生產方式。可加熱金屬的量從一公斤到數百公噸不等。在運行時,感應電爐多半會有高頻率的嗡嗡聲,依其工作頻率而變。可以處理的金屬包括鐵及鋼、銅、鋁及貴金屬。因為感應電爐是清潔的非接觸製程,可以用在真空或是在惰性氣體的環境中。有些特殊的鋼或是合金在空氣中加熱會氧化,這類合金或鋼就可以用真空電爐來生產。
感應電焊
[編輯]感應電焊是和感應電爐類似,但規模較小的加工方法。若塑膠中加入了鐵磁性的顆粒(材料中磁滯的特性在感應時生熱)或金屬顆粒,也可以用感應電焊來加熱粘接。
管件的縫隙也可以用此方式焊接。在縫隙附近引入的電流加熱材料,最後產生可以焊接的高溫。此時縫隙兩側的材料會受力互相接近,焊接縫隙。電流也可以用電刷傳導到管件中,但結果是一樣的,縫隙附件的材料加熱而焊接。
電磁爐
[編輯]在電磁爐中,感應線圈加熱鍋具中鐵製底部,若是用銅、鋁或其他非鐵材料的鍋具,能量轉換效率不夠,不適合配合電磁爐使用。電磁爐加熱時,鍋具底部的熱會由熱傳導方式傳導到食物中。電磁爐的好處有效率、安全性及速度。電磁爐有固定式的,也有移動式的。
感應硬焊
[編輯]感應硬焊一般會用在高產量的生產製程中,可以產生一致性的結果,而且有高度可重覆性。
感應密封
[編輯]感應密封用在食品及製藥業中,在瓶子或罐子的開口處放了一片鋁箔,用感應的方式加熱,使其和容器密合。這就形成一個防止更改內容物的密封,因為更改內容物需要破壞鋁箔[1]。
加熱配合
[編輯]感應加熱也可以用在組裝時,將某一零件加熱,以便和其他零件組合(感應加熱配合)。軸承一般是用此方式,以電網頻率 (50/60 Hz) 加熱,感應時有一個材料為疊層鋼的變壓器型芯穿過軸承中心。
熱處理
[編輯]感應加熱常用在金屬件的熱處理,最見的應用是鋼件的感應硬化,為了結合金屬件所做的硬焊及軟釺焊,以及鋼件中要軟化部位的退火。
感應加熱可以產生高的功率密度,可以在短的接觸時間內達到要求的溫度,可以調整磁場來精準調整要加熱的部份,減少熱變形及損壞。
上述的熱處理可以用來作局部硬化,產生有不同性質的零件。常見的硬化應用是產生一塊局部硬化耐蝕的區域,但又可以保持其他部份的韌性。可以調整感應頻率、功率密度及接觸時間來調整感應硬化的深度。
此製程在靈活性上有受限,因此在一些應用中需要製作特別的電感器,一般都很貴,而且需要在小的銅線電感中產生大的電流密度,需要特殊的工程技術及copper-fitting。
塑膠加工
[編輯]感應加熱用在塑膠的射出機中,感應加熱提高射出及擠出製程的能源效率。熱直接在機器內部產生,減少暖機時間以及能量消耗。感應線圈可以放在隔熱層的外部,因此可以在較低溫下工作,延長壽命。工作頻率一般由30 kHz到5 kHz之間,若機器越薄,工作頻率越低。感應加熱也可以用在模具中,提供更平均的模具溫度,產品的品質也可以提高[2]。
細節
[編輯]感應加熱用的電源一般是低電壓大電流的交流電。要加熱的工件放在由交流電驅動的電磁線圈中,一般會配合電容器,設置為LC電路以產生虛功率,交流磁場產生了工件中的渦電流。
頻率(kHz) | 工件形式 |
---|---|
5–30 | 薄工件 |
100–400 | 小的工件或是穿透深度較淺 |
480 | 微工件 |
磁性材料因為其磁滯現象,會加強其加熱的效果。高相對磁導率(100–500)的材料也比較容易加熱,磁滯發生在居里溫度以下,此時材料仍維持原有的磁性質。工件在低於居里溫度時的高磁導率相當的有用。溫度差、比熱及質量都會影響工件的加熱。
感應加熱的能量轉換會受到線圈及工件之間距離的影響。能量的損耗包括有工作到夾具之間的熱傳導、熱對流及熱輻射。
感應線圈一般是用銅管製成,而且是用水冷冷卻,直徑、形式及繞線圈數影響效率及磁場造型。
參考資料
[編輯]- ^ Valery Rudnev Handbook of Induction HeatingCRC Press, 2003 ISBN 0824708482 page 92
- ^ Dong-Hwi Sohn, Hyeju Eom and Keun Park, Application of high-frequency induction heating to high-quality injection molding, in Plastics Engineering Annual Technical Conference Proceedings ANTEC 2010, Society of Plastics Engineers, 2010
- Brown, George Harold, Cyril N. Hoyler, and Rudolph A. Bierwirth, Theory and application of radio-frequency heating. New York, D. Van Nostrand Company, Inc., 1947. LCCN 47003544
- Hartshorn, Leslie, Radio-frequency heating. London, G. Allen & Unwin, 1949. LCCN 50002705
- Langton, L. L., Radio-frequency heating equipment, with particular reference to the theory and design of self-excited power oscillators. London, Pitman, 1949. LCCN 50001900
- Shields, John Potter, Abc's of radio-frequency heating. 1st ed., Indianapolis, H. W. Sams, 1969. LCCN 76098943
- Sovie, Ronald J., and George R. Seikel, Radio-frequency induction heating of low-pressure plasmas. Washington, D.C. : National Aeronautics and Space Administration ; Springfield, Va.: Clearinghouse for Federal Scientific and Technical Information, October 1967. NASA technical note. D-4206; Prepared at Lewis Research Center.
2024-03-17
常見鋼鐵的熱處理溫度
S45C中碳鋼,屬於中含碳量碳素結構鋼材,為普遍使用之鋼種,用途十分廣泛。擁有良好的強度與韌性、加工車削性能良好等優點,熱處理後機械力學性能良好,但焊接性能較低碳鋼差。常用於螺栓、螺帽、螺絲、曲軸、連桿、渦桿、傳動軸、主軸套桶、馬達軸心、齒輪、構造零件、汽機車零件、機械零件等。
S45C 中碳鋼熱處理
鋼種 | 變態溫度(℃) | 熱處理溫度(℃) | ||||
S45C | Ac | Ar | 正 常 化 | 退 火 | 淬 火 | 回 火 |
720 - 780 | 750 - 680 |
820 - 870 空 冷 |
約810 爐 冷 |
820 - 870 水 冷 |
550 - 650 急 冷 |
SUJ2 軸承鋼
SUJ2為高碳高鉻合金鋼,綜合性能良好,淬火和回火後硬度高而均勻,耐磨性、接觸疲勞強度高。熱加工性好,球化退火後有良好的可加工性。 適合製造軸承、輥軸、模具、導柱、導套、滾筒、滾珠及各種機械零件。
SUJ2 軸承鋼熱處理
熱處理溫度(℃) | |||
正 常 化 | 退 火 | 淬 火 | 回 火 |
850-870空 冷 | 750-790緩 冷 | 810-850急 冷 | 150-190空 冷 |
SCM415 綠十字鋼
SCM415為低碳合金結構鋼(碳含量較SCM420低一些),適合進行滲碳熱處理,滲碳後鋼材表層硬度提高,使耐磨性提升,但中心部位依然保有韌性,更能承受衝擊與荷重。常應用在馬達軸心、主軸、機械零件、活塞及齒輪等各種特殊耐磨與荷重的工件。
SCM415 綠十字鋼熱處理
熱處理溫度(℃) | |||
正 常 化 | 退 火 | 淬 火 | 回 火 |
850 - 900 空 冷 |
850 爐 冷 |
1次850 - 900油冷 2次800 - 850油冷 |
150 - 200 空 冷 |
SCM420 綠十字鋼
SCM420為低碳合金結構鋼,適合進行滲碳熱處理,滲碳後鋼材表層硬度提高,使耐磨性提升,但中心部位依然保有韌性,更能承受衝擊與荷重。常應用在馬達軸心、主軸、機械零件、活塞及齒輪等各種特殊耐磨與荷重的工件
SCM420 綠十字鋼熱處理
熱處理溫度(℃) | |||
正 常 化 | 退 火 | 淬 火 | 回 火 |
850 - 900 空 冷 |
850 爐 冷 |
1次850 - 900油冷 2次800 - 850油冷 |
150 - 200 空 冷 |
SCM440 紅十字鋼
SCM440為高韌性合金結構鋼,是生產高強度工件的常用鋼種,加入鉻(Cr)、鉬(Mo)元素,具有產品成分穩定、鋼質純淨度高、脫碳層小、冷鐓開裂率低、熱處理質量穩定、硬度均勻、淬火性好等優點,廣泛應用在螺栓、軸心、桿、導柱、主軸套桶、齒輪、汽機車零組件等須強韌性之工件。
SCM440 紅十字鋼熱處理
熱處理溫度(℃) | |||
正 常 化 | 退 火 | 淬 火 | 回 火 |
830 - 880 | 830爐 冷 | 830 - 880油 冷 | 530 - 630急 冷 |
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SNCM420 白十字鋼
SNCM420是一種常用的低碳合金滲碳鋼,加入鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)元素,滲碳熱處理後表面具有相當高的硬度、耐磨性和接觸疲勞強度,但同時心部還保留良好的韌性,能承受高的衝擊負荷。主要用作汽車軸承、主軸、齒輪、機械配件等耐衝擊、耐磨損的材料。
SNCM420 白十字鋼熱處理
熱處理溫度(℃) | |||
正 常 化 | 退 火 | 淬 火 | 回 火 |
850 - 900空 冷 | 850爐 冷 |
1 次850-900油冷 2 次770-820油冷 |
150 - 200空 冷 |
SNCM439 藍十字鋼
SNCM439在鎳鉻鉬合金鋼中,具有良好的降伏強度與抗拉強度,其硬化性能佳、韌性高、高耐磨性與耐衝擊等優點,廣泛用於傳動軸、主軸、齒輪、機械零件、軸心、刀具、渦桿等各種強韌性構造用工件。
SNCM439 藍十字鋼熱處理
熱處理溫度(℃) | |||
正 常 化 | 退 火 | 淬 火 | 回 火 |
820 - 870空 冷 |
820高溫退火 670低溫退火 |
820-870油 冷 | 580 - 680急 冷 |
SAE1215 MS 快削鋼
SAE1215 MS 為低碳硫磺快削鋼,其主要特性為切削加工性良好,適合用於五金零件,一般軸心等。
SAE1215 MS 快削鋼熱處理
熱 處 理 溫 度 (℃) | |||
正 常 化 | 退 火 | 淬 火 | 回 火 |
870-900 | 780-800 |
800-830 water 830-870 oil |
150-170 |
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SUP9 彈簧鋼
SUP9材料主要用於彈簧故稱為彈簧鋼,是Cr-Mn鋼(鉻錳鋼)的一種,由於在施加壓力時彈簧會發生彈性變形,然後恢復其原始形狀,因此這種類型的鋼需要較高的“彈性極限”和“疲勞極限”。
SUP9 彈簧鋼熱處理
熱 處 理 溫 度 (℃) | |||
正 常 化 | 退 火 | 淬 火 | 回 火 |
- | - |
830 - 860 油 冷 |
460 - 510 急 冷 |
2022/07/29
高頻機的意思
2022-10-17
電磁加熱技術
-
電磁加熱
1、電磁加熱器:電磁加熱器是一種利用電磁感應原理將電能轉化成熱能的裝置,電磁加熱控制器將220V,50/60HZ的交流電整流變成直流電,再將直流電轉成頻率為20-40KHZ的高頻高壓電,或者是380v 50/60HZ的三相交流電轉換成直流電再將直流電轉換成10~30KHZ的高頻低壓大電流電,用來工業產品加熱。
2、電磁加熱圈:高速變化的高頻高壓電流流過線圈會產生高速變化的交變磁場,當用含鐵質容器放置上面時,容器表面即具切割交變磁力線而在容器底部金屬部分產生交變的電流(即渦流),渦流使容器底部的載流子高速無規則運動,載流子互相碰撞、摩擦而產生熱能。從而起到加熱物品的效果。即是通過把電能轉化為磁能,使被加熱鋼體表面產生感應渦流一種加熱方式。這種方式從根本上解決了電熱片、電熱圈等電阻式的,通過熱傳導方式加熱產生的熱效率低下的問題。
電生磁的過程是通過電磁加熱裝置的轉換,將50HZ/60HZ交流電轉換成直流電壓,然後通過控制電路將直流電壓轉換成20-40KHZ高頻電壓來輸出,快速運動的高壓電流在電纜中產生高速變化的的磁場。而磁生熱,則是電纜與鐵質容器接觸後,容器表面即切割交變磁力線而在容器底部金屬部分產生交變的電流(即渦流),渦流使容器底部的鐵原子高速移動,並且原子相互碰撞、摩擦,進而產生熱量。簡而言之,電磁感應加熱的原理是利用電、磁和熱能之間的轉換來達到被加熱物體本身加熱的效果。
電磁感應加熱技術主要應用於對金屬材料和石墨的加熱,英國物理學家法拉第的電磁感應定律告訴我們磁可以生電,丹麥的自然哲學家奧斯特的右手定則(安培定則)告訴我們電可以生磁。無論是磁生電還是電生磁,所針對的物體必須具有良好的導電、導磁或既導電又導磁的的特性。由於通常只有金屬材料才能符合條件,而非金屬材料中則只有石墨等極少數物質符合條件。因此感應加熱技術主要應用於對金屬材料和石墨的加熱。
电磁加热是通过电子线路板组成部分产生交变磁场,将含铁质容器放置上面时,容器底部金属部分产生交变电流(即涡流)使载流子高速无规则运动,摩擦产生热能。(想要详细了解,可以在百度搜索“电磁加热原理”关键词)
电磁加热器由两部分组成,第一部分为电磁加热控制器,首先将电网传送的低频交流电转化为直流电,其后再将直流电转化为高频交流电。第二部分为电磁加热圈,由电磁线圈组成,通电会产生磁场,将含铁质容器放置上面时,底部金属产生涡流,互相碰撞、摩擦产生热能。
电磁加热节能原理是使金属被加热体自身发热,可以根据具体情况在加热体外部包裹隔热保温材料,会大大减少热量散失,提高热效率,达到节能效果。
电磁加热与传统电阻丝加热比较
传统电阻丝加热方式,会导致加热产生的大部分热量散失空气中,使环境温度升高,对夏天生产环境影响尤其恶劣。
电磁感应加热方式,是通过磁场磁力使金属料筒自身发热,线圈和料筒之间没有直接接触,在料筒外部包裹一层隔热保温材料,会减少热量散失到空气中,改善车间生产环境。
电磁加热应用领域有哪些?
医药化工行业,如:医疗器械蒸汽消毒器、医药专用输液袋、塑料器材生产线,化工行业液体加热输送管道。
塑料橡胶行业,如:塑料用吹膜机、拉丝机、注塑机,橡胶用挤出机、电缆生产挤出机等、各种造粒机、硫化机。
能源、食品行业,如:原油输送管道加热、炒货机、茶叶加工设备,大功率商用电磁灶机芯、采用/商用采暖炉、各种蒸汽锅炉。
建材行业,如:燃气管道生产线、塑料管材生产线、PE塑料硬质平网、土工网机组、自动中空成型机、PE蜂窝板生产线、单双壁波纹管挤出生产线、复合气垫膜机组、PVC硬管、芯层发泡管生产线、PP挤出透明片材生产线、挤出聚苯乙烯发泡管材、PE缠绕膜机组。
reference
https://baike.baidu.hk/item/%E9%9B%BB%E7%A3%81%E5%8A%A0%E7%86%B1/2941521
https://read01.com/zh-tw/yyo5B5Q.html#.Y0zK6v1ByUk
https://read01.com/zh-tw/5nBJ8n2.html#.Y0zNvP1ByUk
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