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電磁感應(yīng)加熱技術(shù)的歷史發(fā)展進(jìn)程梳理

時(shí)間:2021-10-18 14:11:40 來源:青島海越 點(diǎn)擊:

電磁感應(yīng)加熱技術(shù)的誕生可以追溯到1831年。同年11月,邁克爾·法拉第將兩圈導(dǎo)線纏繞在一個(gè)鐵環(huán)上,并注意到當(dāng)交流電通過其中一個(gè)線圈時(shí),另一個(gè)線圈會(huì)產(chǎn)生電壓。認(rèn)識到基于這種效應(yīng)的變壓器的潛在應(yīng)用,未來幾十年的研究人員集中于高頻交流發(fā)電設(shè)備的開發(fā)。

直到19世紀(jì)后半葉,感應(yīng)法在電導(dǎo)體加熱中的實(shí)際應(yīng)用才得以實(shí)現(xiàn)。第一個(gè)主要的應(yīng)用是金屬的熔化。最初,這是使用金屬或?qū)щ娦咱釄鍋硗瓿傻摹:髞?,費(fèi)蘭蒂、科爾比和克杰林開發(fā)了利用非導(dǎo)電坩堝的感應(yīng)熔化爐。在這些設(shè)計(jì)中,電流被直接誘導(dǎo)到電荷中,通常在簡單的線頻率,或60Hz。應(yīng)該注意的是,這些早期的感應(yīng)熔化爐都使用以環(huán)形式保持熔體的爐。由于電荷中的渦流與在初級或感應(yīng)線圈中流動(dòng)的電流之間的相互作用,因此在熔融電荷中產(chǎn)生的機(jī)械力帶來了固有的困難。在極端情況下,“捏”效應(yīng)導(dǎo)致熔體分離,從而打破感應(yīng)和感應(yīng)加熱所需的完整電路徑發(fā)生。有色金屬的熔化問題最為嚴(yán)重。

在20世紀(jì)初,環(huán)形熔化爐幾乎被諾斯拉普的工作所取代,他設(shè)計(jì)和建造了由圓柱形坩堝和高頻火花隙電源組成的設(shè)備。該設(shè)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(yīng)爐的廣泛應(yīng)用受到火花間隙發(fā)生器可獲得的功率的限制。這一限制在1922年通過電機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)展得到了一定的緩解,這些發(fā)電機(jī)組可以以960赫茲的頻率提供幾百千瓦的功率。直到20世紀(jì)60年代末,電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)才被固態(tài)轉(zhuǎn)換器所取代,其頻率現(xiàn)在被認(rèn)為是在“中頻”范圍內(nèi),而不是在高頻范圍內(nèi)。
電磁感應(yīng)加熱技術(shù)的歷史發(fā)展進(jìn)程梳理
在接受金屬熔化電磁感應(yīng)加熱后,人們積極尋求和發(fā)展了這一有前景的技術(shù)的其他應(yīng)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(jì)30年代中期)引入的鋼的感應(yīng)表面硬化。前公司使用電動(dòng)發(fā)電機(jī)對軋機(jī)輥進(jìn)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(qiáng)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(jī)曲軸制造商之一,也利用了高交流頻率的表面加熱效應(yīng),并在1920年和3000Hz使用電機(jī)發(fā)電機(jī)在曲軸軸承的表面硬化。這是第一次高產(chǎn)的電磁感應(yīng)加熱應(yīng)用于金屬表面熱處理。更廣泛的應(yīng)用于其他部分的多樣性是一個(gè)明顯的步驟。例如,巴德車輪公司開始對管段內(nèi)部孔的感應(yīng)表面硬化感興趣,并將這種技術(shù)應(yīng)用于汽車軸輪轂,后來又應(yīng)用于氣缸里。

第二次世界大戰(zhàn)為電磁感應(yīng)加熱技術(shù)的使用提供了巨大的動(dòng)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(dǎo)對局部和表面硬化的能力也被要求挽救超過100萬個(gè)熱處理不當(dāng)?shù)膹椡瑁a(chǎn)生局部軟點(diǎn)。此外,研究還發(fā)現(xiàn),通過高頻誘導(dǎo),可以最有效地使罐軌部件、引腳、鏈桿和鏈輪進(jìn)行大量硬化。在另一個(gè)區(qū)域,在熱鍛造槍管等零件之前,采用電磁感應(yīng)加熱法對鋼坯進(jìn)行預(yù)熱。

近年來,電磁感應(yīng)加熱和熔化的應(yīng)用已經(jīng)增加到金屬加工行業(yè),大多數(shù)工程師都熟悉現(xiàn)有的應(yīng)用,并有一些潛在用途的想法。此外,各種非金屬行業(yè)現(xiàn)在正開始發(fā)展熟悉感應(yīng)加熱原理,因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)和開發(fā)用途來制造他們的產(chǎn)品。

1967年引進(jìn)的高效固態(tài)電源的發(fā)展促進(jìn)了許多最近的發(fā)展。在過去的幾十年里,根據(jù)線頻能量轉(zhuǎn)換為更高的輸出頻率的百分比,這些單元的效率已經(jīng)提高到近95%。就可用的每千瓦加熱設(shè)備成本而言,這實(shí)際上導(dǎo)致了經(jīng)過通貨膨脹調(diào)整后的成本下降。

從上述討論中可以看出,電磁感應(yīng)加熱技術(shù)在金屬加工業(yè)中具有最大的應(yīng)用價(jià)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(jié)合和半導(dǎo)體的區(qū)域精煉,也適用于電磁感應(yīng)加熱方法。

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