感应焊接-利用电磁感应加热工件

感应焊接是利用电磁感应加热工件的一种焊接形式。该焊接设备包含一个感应线圈,该线圈由射频电流供电。这就产生了一个高频电磁场,作用于导电或铁磁性工件上。在导电工件中,主要的加热效果是电阻加热,这是由于感应电流称为涡流。在铁磁性工件中,加热主要是由磁滞引起的,因为电磁场会反复扭曲铁磁性材料的磁畴。实际上,大多数材料都会经历这两种效果的结合。

感应焊接

非磁性材料和电绝缘体,如塑料,可以通过植入金属或铁磁性化合物(称为电纳器)来感应焊接。电纳器从感应线圈中吸收电磁能量,变热,并通过热传导将热量损失给周围的材料。[1]塑料也可以通过将塑料嵌入金属或碳纤维等导电纤维进行感应焊接。电涡流对嵌入的纤维进行电阻性加热,这些纤维通过传导将热量传递给周围的塑料。碳纤维增强塑料的感应焊接是航空航天工业中常用的焊接方法。

感应焊接用于长时间的生产运行,是一种高度自动化的工艺,通常用于焊接管道的接缝。这是一个非常快的过程,因为大量的能量可以转移到一个局部区域,所以表面熔化非常快,可以压在一起形成一个连续的滚焊。

电流,因此加热,从表面穿透的深度与频率的平方根成反比。焊接金属的温度及其成分也会影响熔深。这一过程与电阻焊接非常相似,除了在电阻焊接的情况下,电流是通过触点传递到工件上而不是通过感应传递。

感应焊接最早是由迈克尔·法拉第发现的。感应焊接的基本原理解释了磁场的方向与电流的方向有关。电场的方向会随着电流频率的变化而变化。例如,120Hz的交流电流会使磁场每秒改变120次方向。这个概念被称为法拉第定律。

当感应焊接发生时,工件在熔化温度下加热,工件的边缘被放置在一起,杂质被挤出,形成坚固的锻接

感应焊接用于连接多种热塑性塑料和热固性基复合材料。用于感应焊接工艺的设备包括射频发电机、加热站、工件材料和冷却系统。

该发电机有固态或真空管两种形式,用于向系统提供230V-340V的交流电或50-60Hz的频率。这个值由与工件一起使用的感应线圈决定。

热站利用电容器和线圈加热工件。电容器与发电机的输出相匹配,感应线圈将能量传递到工件上。当焊接线圈需要接近工件以最大限度地传递能量时,感应焊接中使用的工件是优化效率的一个重要关键部件

感应焊接需要考虑的公式包括:

热量计算:

 

热量计算公式

其中:

Cr是热质量

ρ是电阻率

η是效率

JO是表面密度

 

牛顿冷却方程:

牛顿冷却方程

其中:

qⁿ是热通量密度

h是传热系数

Ts是工件表面的温度

TB是周围空气的温度

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