【科普】CEIA感应加热原理

【科普】CEIA感应加热原理

感应加热是一种非接触式加热，热传递高效且仅涉及需要处理的金属部件。

CEIA感应加热系统基于三种原理：    

1.通过电磁场将电能转换为热能    

2.能量转换基于焦耳热效应    

3.物质内部热量传递基于热传导

将待加热金属工件放在尺寸适当的感应线圈附近， 向线圈传导高频/中频交流电以产生磁束，磁束贯穿放置在其中的金属工件，在与磁束自缴的方向产生涡电流（旋转电流）。磁场变化越快，感应电动势就越大，涡流就越强。涡流损耗产生非接触作用下的焦耳热效应——涡电流的电能依靠材料本身的内阻转化为热能。

由于线圈中间的导体在圆周方向可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量不断发生改变，由此在导体圆周方向产生感应电动势和感应电流，电流方向沿导体圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。

总结而言，通过交变电流，产生交变磁场，再利用交变磁场来产生涡电流，金属因电阻产生焦耳加热。

交流电通过圆环形或螺旋型线圈时，最大的电流密度出现在线圈导体的内侧 [4]。因此，感应线圈内环加热工件的升温速率最快、效率最高 [9]。工件内部加热待加热工件内部加热主要分为两种方式：加热层厚度＞热态涡流透入深度：内部加热主要依靠热传导。加热层厚度＜热态涡流透入深度：透入式加热。当表面温度达到失磁点时，加热层即被分为外层失磁层和与之毗邻的内未失磁层，外失磁层磁导率骤降使此处涡流强度显著降低，使涡流强度最大处向外层失磁层与内未失磁层交界处转移，该处升温速度增加。因此，失磁层与涡流强度最大处不断向纵深移动，使工件逐层加热，直到热透深度。

加热速率主要取决于感应涡流热效应——感应线圈中电流越大，所产生的磁通也就越大，使得工件中产生的涡流增大，工件升温速率增加。此外，涡流大小还与金属工件截面大小与形状、材料电磁特性以及由集肤效应决定的透入深度有关 [4]。加热深度主要取决于涡流透入深度——频率越高涡流透入深度越小，频率越低涡流透入深度越大。据此效应，CEIA高频感应加热/焊接系统适用于加热、局部加热、小工件加热/淬火/回火/焊接等加热体积较小的应用。高频感应加热时，涡电流在线圈接近对象上集中，在物体表面较强，内部较弱，利用此原理可在工件局部选择性集中加热，达到瞬间加热的效果。而CEIA中频感应加热/焊接系统则适用金属材料热处理、热成型、煅造、熔炼、较大工件焊接等加热体积较大的应用。

利用以上这些原理、特性，配合合适线圈的适用，CEIA感应加热系统可实现快速加热、局部加热、软钎焊、硬钎焊、淬火、退火、回火、热装配、热成型、煅造、熔炼等应用，其加热过程可控可重复，能源转化高效，提高生产效率与产品质量，具有用户安全性。