感应加热原理及钢材温度曲线

图9-1是感应加热原理的示意图。被加热的产品放在感应器（通称感应圈）中，感应器接入交流电源线路，于是在感应器内就形成了交变电磁场。按照电磁感应定律，加热产品内就引起感应电势，其大小为

图9-1　感应加热原理示意图

1—零件；2—感应器；3—磁力线

式中 e——感应电势的瞬时值；

——磁通φ对时间的变化率。它主要决定于在感应器内流过电流的频率。电流频率越高，值越大，感应电势e的值也越大。

式中的负号表示感应电势的方向是与的方向相反。

由于金属被加热件内存在着电势，所以在工件内部将产生闭合电流，称之为涡流，它与感应器中在每一瞬间电流的方向相反。涡流强度与感应电势大小成正比，而与涡流回路的电抗成反比。出于金属的电抗值很小，涡流可达到很高的数值，因之在工件内部产生很大的热量，使工件表层温度快速地升高。

对铁磁材料来说，除去电磁感应产生涡流热效应外，还有由于磁滞现象所引起的热效应，同会使工件加热速度增加，但应指出，工件的加热主要还是依靠涡流的热效应。在工件截面上涡流的密度是不均匀的，由表面向心部呈指数规律衰减，即有

式中 Ix——离面为x处的涡流强度；

I0——表面的涡流强度；(www.xing528.com)

c——光速；

ρ——工件材料的比电阻；

μ——工件材料的导磁率；

x——距工件表面的距离；

f——电流频率。

上述现象称为集肤效应（又称表面效应）。

在工程上，规定Ix降至I0的1/e（e=2.718）处的深度为电流透入深度，可求出

由上式可知，电流透入深度δ的大小是与交变电流的频率f的平方根成反比。电流频率愈高，电流透入深度愈浅，表面效应愈显著。

钢铁材料在加热过程中，比电阻ρ随温度的升高而增加，在800～900℃范围内各类钢的比电阻基本相近，大约为10-4Ω·cm。导磁率μ在失磁性以前基本不变，在居里点以上，μ值将下降为真空的导磁率（μ≈1）。图9-2为钢材温度与比电阻和导磁率的关系曲线。由此可见，热态电流透入深度将比室温下的冷态电流透入深度大几十倍。

图9-2　钢的ρ和μ值与温度的关系