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電磁感應加熱技術的歷史發展進程梳理

時間:2021-10-18 14:11:40 來源:青島海越 點擊:

電磁感應加熱技術的誕生可以追溯到1831年。同年11月,邁克爾·法拉第將兩圈導線纏繞在一個鐵環上,并注意到當交流電通過其中一個線圈時,另一個線圈會產生電壓。認識到基于這種效應的變壓器的潛在應用,未來幾十年的研究人員集中于高頻交流發電設備的開發。

直到19世紀后半葉,感應法在電導體加熱中的實際應用才得以實現。第一個主要的應用是金屬的熔化。最初,這是使用金屬或導電性坩堝來完成的。后來,費蘭蒂、科爾比和克杰林開發了利用非導電坩堝的感應熔化爐。在這些設計中,電流被直接誘導到電荷中,通常在簡單的線頻率,或60Hz。應該注意的是,這些早期的感應熔化爐都使用以環形式保持熔體的爐。由于電荷中的渦流與在初級或感應線圈中流動的電流之間的相互作用,因此在熔融電荷中產生的機械力帶來了固有的困難。在極端情況下,“捏”效應導致熔體分離,從而打破感應和感應加熱所需的完整電路徑發生。有色金屬的熔化問題最為嚴重。

在20世紀初,環形熔化爐幾乎被諾斯拉普的工作所取代,他設計和建造了由圓柱形坩堝和高頻火花隙電源組成的設備。該設備首先是由貝克公司使用熔化鉑,由美國黃銅公司熔化其他有色合金。然而,這種“無芯”感應爐的廣泛應用受到火花間隙發生器可獲得的功率的限制。這一限制在1922年通過電機發電機組的發展得到了一定的緩解,這些發電機組可以以960赫茲的頻率提供幾百千瓦的功率。直到20世紀60年代末,電動機發電機才被固態轉換器所取代,其頻率現在被認為是在“中頻”范圍內,而不是在高頻范圍內。
電磁感應加熱技術的歷史發展進程梳理
在接受金屬熔化電磁感應加熱后,人們積極尋求和發展了這一有前景的技術的其他應用。這些材料包括由米德維爾鋼公司(1927年)和俄亥俄曲軸公司(20世紀30年代中期)引入的鋼的感應表面硬化。前公司使用電動發電機對軋機輥進行表面加熱和硬化,這一做法至今幾乎仍然普遍遵循,以增強這些部件的磨損和耐疲勞性。俄亥俄曲軸公司是最大的柴油機曲軸制造商之一,也利用了高交流頻率的表面加熱效應,并在1920年和3000Hz使用電機發電機在曲軸軸承的表面硬化。這是第一次高產的電磁感應加熱應用于金屬表面熱處理。更廣泛的應用于其他部分的多樣性是一個明顯的步驟。例如,巴德車輪公司開始對管段內部孔的感應表面硬化感興趣,并將這種技術應用于汽車軸輪轂,后來又應用于氣缸里。

第二次世界大戰為電磁感應加熱技術的使用提供了巨大的動力,特別是在穿彈等彈藥部件和射擊的熱處理方面。使用誘導對局部和表面硬化的能力也被要求挽救超過100萬個熱處理不當的彈丸,產生局部軟點。此外,研究還發現,通過高頻誘導,可以最有效地使罐軌部件、引腳、鏈桿和鏈輪進行大量硬化。在另一個區域,在熱鍛造槍管等零件之前,采用電磁感應加熱法對鋼坯進行預熱。

近年來,電磁感應加熱和熔化的應用已經增加到金屬加工行業,大多數工程師都熟悉現有的應用,并有一些潛在用途的想法。此外,各種非金屬行業現在正開始發展熟悉感應加熱原理,因為他們發現和開發用途來制造他們的產品。

1967年引進的高效固態電源的發展促進了許多最近的發展。在過去的幾十年里,根據線頻能量轉換為更高的輸出頻率的百分比,這些單元的效率已經提高到近95%。就可用的每千瓦加熱設備成本而言,這實際上導致了經過通貨膨脹調整后的成本下降。

從上述討論中可以看出,電磁感應加熱技術在金屬加工業中具有最大的應用價值。主要用途分為金屬加工、熱處理、焊接和金屬熔化前的主要加熱類別。雖然這些是最常見的用途,但各種其他操作,如油漆固化、粘合劑結合和半導體的區域精煉,也適用于電磁感應加熱方法。

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