电磁感应原理

1831年，英国物理学家faraday发现了电磁感应现象，并且提出了相应的理论解释。其内容为，当电路围绕的区域内存在交变的磁场时，电路两端就会感应出电动势，如果闭合就会产生感应电流。

利用高频电压或电流来加热通常有两种方法：

（1）电介质加热：利用高频电压（比如微波炉加热）

（2）感应加热：利用高频电流（比如密封包装）

电介质加热（dielectric heating）

电介质加热通常用来加热不导电材料，比如木材。同时微波炉也是利用这个原理。原理如图

当高频电压加在两极板层上，就会在两极之间产生交变的电场。需要加热的介质处于交变的电场中，介质中的极分子或者离子就会随着电场做同频的旋转或振动，从而产生热量，达到加热效果。

感应加热（induction heating）

感应加热原理为产生交变的电流，从而产生交变的磁场，再利用交变磁场来产生涡流达到加热的效果。

基本电磁定律：

如果采用MKS制，e的单位为V，Ø的单位为Wb，H的单位为A/m，B的单位为T。

以上定律基本阐述了电磁感应的基本性质，

集肤效应：

当交流的电流流过导体的时候，会在导体中产生感应电流，从而导致电流向导体表面扩散。也就是导体表面的电流密度会大于中心的电流密度。这也就无形中减少了导体的导电截面，从而增加了导体交流电阻，损耗增大。工程上规定从导体表面到电流密度为导体表面的1/e=0.368的距离δ为集肤深度。

高频热处理主要原理：

用交流电流流向被卷曲成环状的导体（通常为铜管），由此产生磁束，将金属放置其中，磁束就会贯通金属体，在与磁束自缴的方向产生涡电流（旋转电流），于是感应电流在涡电流的影响下产生发热，用这样的加热方式就是感应加热。

由此，对金属等被加热物体，在非接触的状态下就能加热。

这时窝电流的特性是：在线圈接近的物体上集中，感应加热表现出在物体的表面上较强里边较弱的特点，用这样的原理来对被加热体的必要的地方集中加热，达到瞬间加热的效果，从而提高生产效率和工作量等。

高频热处理优点：

① 可快速加热。

(与其它方法相比，以秒为单位即可加热到所要求的目标温度。)

② 可局部加热。

③ 省能源。

(处理时间以外，仅待机电力就可以，很合理)省电。

④ 可在相对稳定的温度下自动运转。

(即使无熟练技能，也可安定生产加工。)

⑤ 绿色环保。

(不产生有害物质。)

⑥ 被加热物质，有诸条件要求，但只要是金属就可以加热。

* 所谓的诸条件，主要是加热频率数，高频输出。

* 通常大的被加热物体使用低频率，小的物体使用高频率。

* 根据被加热物体的质量/处理时间，温度，来决定高频的输出。

线圈设计：

高频加热的成功于否取决于感应线圈的对加热体的大小，形状，间距的有关。感应线圈是要做到均匀加热、加热效果好，并且要有强度和准确度。

感应线圈是一般用一圈或数圈的铜管来做，一般采用水冷的方式对线圈进行冷却。

简单形状的线圈容易设计，但是复杂的线圈设计比较复杂，计算难，一般主要靠经验和熟练来设计。

感应线圈的基本形状一般。

被加热体的外面，内面，平面 加热的方式

（A）是一般用的最多的形状，（B）比（A）的效率低，一般主要用于管材里边加热，（C）是主要用于被加热体的表面连续加热。

物理特性：

Elementary
symbol　Name　Atomic weight　Specific
weight　Melting point　Boiling point　Specific heat　Coefficientof
heat conduction　Element
number

Ag　silver　107.880　10.49　960.80　2210　0.056(0')　1.0(0'C)　47

Al　aluminum　26.97　2.699　660.2　2060　0.223　0.53　13

As　arsenic　74.91　5.73　814　610　0.082　-　33

Au　gold　197.21　9.32　1063.0　2970　0.031　0.71　79

B　boron　10.82　2.3　2300+-300　2550　0.309　-　5

Be　beryllium　9.02　1.848　1277　2770　0.52　0.038　4

Ba　barium　137.36　33.74　704+-20　1640　0.068　-　56

Bi　bismuth　209.0　9.80　271.30　1420　0.034　0.020　83

C　carbon　12.010　2.22　3700+-100　4830　0.165　0.057　6

Ca　calcium　40.8　1.55　850+-20　1440　0.149　0.30　20

Cd　cadmium　112.41　8.65　320.9　765　0.055　0.22　48

Ce　cerium　140.13　6.9　600+-50　1440　0.042　-　58

Co　cobalt　58.94　8.85　1499+-1　2900　0.099　0.165　27

Cr　chromium　52.01　77.19　1875　2500　0.11　0.16　24

Cs　cesium　132.91　1.9　28+2　690　0.052　-　55

Cu　copper　63.54　8.96　1083.0　2600　0.092　0.94　29

Fe　iron　55.85　7.896　1536.0　2740　0.11　0.18　26

Ga　gallium　69.73　5.91　29.87　2070　0.079　-　31

Ge　germanium　72.60　5.36　958+-10　2700　0.073　-　32

Hg　mercury　200.61　13.546　38.36　357　0.033　0.0201　80

In　indium　114.76　7.31　156.4　1450　0.057　0.057　49

Ir　iridium　193.1　22.5　2454+-3　5300　0.031　0.147　7

K　potassium　39.096　0.86　63.7　770　0.177　0.24　19

La　lanthaduim　138.92　6.15　826+-5　1800　0.045　-　57

Li　lithium　6.940　0.535　186+-5　1370　0.79　0.17　3

Mg　hydrogen　24.32　1.74　650+-2　1110　0.25　0.38　12

Mn　manganess　54.93　7.43　1245　2150　0.115　-　25

Mo　molybdenum　95.95　10.22　2610　3700　0.061　0.35　42

Na　sodium　22.997　0.971　92.82　892　0.295　0.32　11

Nb　niobium　92.91　8.57　2468+-10　>3300　0.065(0'C)　-　41

Ni　nickel　58.69　8.902　1453　2730　0.112　0.198　28

Os　osmium　190.2　22.5　2700+-200　5500　0.031　-　76

P　phosphorus　30.98　1.82　441　280　0.017　-　15

Pb　lead　207.21　11.36　327.4258　1740　0.031　0.08　82

Pd　palladium　106.7　12.03　1544　4000　0.058(0'C)　0.17　46

Pt　platinium　195.23　21.45　1769　4410　0.032　0.17　78

Rb　rubidium　85.48　1.53　39+-1　680　0.080　-　37

Rn　radon　102.91　12.44　1966+-3　4500　0.059　0.21　45

Ru　ruthenium　101.7　12.2　2500+-100　4900　0.057(0'C)　-　44

S　sulfer　32.066　2.07　119.0　444.6　0.175　-　16

Sb　antimony　121.76　6.62　630.5　1440　0.049　0.045　51

Se　selenium　78.96　4.81　220+-5　680　0.084　-　34

Si　selicon　28.06　2.33　1430+-20　2300　0.162(0'C)　0.20　14

Sn　tin　118.70　7.298　231.9　2270　0.054　0.16　50

Sr　strontium　87.63　2.6　770+-10　1380　0.176　-　38

Ta　tantalum　180.88　16.654　2996+-50　>4100　0.036(0'C)　0.13　73

Tc　technetium　127.61　6.235　450+-10　1390　0.047　0.014　52

Th　thorium　232.12　11.66　1750　>3000　0.126　-　22

Ti　titanium　47.90　4.507　1688+-10　>3000　0.126　-　22

Tl　thallium　204.39　11.85　300+-3　1460　0.031　0.093　81

U　uranium　238.07　19.07　1132+-5　-　0.028　0.064　92

V　vanadium　50.95　6.1　1900+25　3460　0.120　-　23

W　tungsten　183.92　19.03　3410　5930　0.032　0.48　74

Zn　zinc　65.38　7.133　419.505　906　0.0915　0.27　30

Zr　zirconium　91.22　6.489　6.489　>2900　0.066　-　40高频热处理装置图：高频热处理工艺－淬火工艺、淬火介质及冷却方法、高频淬火、淬火设备

淬火工艺是将钢加热到AC3或AC1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。

淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火工艺应用最为广泛，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。