感应加热

感应加热是通过电磁感应，通过涡流在物体中产生的热量来加热导电物体（通常是金属）的过程。感应加热器由电磁体和电子振荡器组成，该电子振荡器使高频交流电（AC）通过电磁体。快速交变的磁场穿透物体，在导体内部产生电流，称为涡电流。流过材料电阻的涡流通过焦耳加热对其进行加热。在铁磁中（和亚铁磁性）材料（如铁），磁滞损耗也会产生热量。所使用的电流频率取决于物体的尺寸、材料类型、耦合（工作线圈和要加热的物体之间）和穿透深度。

感应加热过程的一个重要特征是热量是在物体本身内部产生的，而不是由外部热源通过热传导产生的。因此，物体可以非常快速地加热。另外，不需要任何外部接触，这在污染是一个问题的情况下可能很重要。感应加热用于许多工业过程中，例如冶金中的热处理，半导体工业中使用的切克劳斯基晶体生长和区域精炼，以及熔化需要极高温度的难熔金属。它也用于电磁炉灶台中，用于加热食品容器。这称为感应烹饪。

感应加热可针对包括表面硬化、熔化、钎焊和软钎焊在内的各种应用进行有针对性的加热，并进行加热以适应需要。铁及其合金由于具有铁磁性，因此对感应加热的响应最佳。但是，在任何导体中都会产生涡流，并且在任何磁性材料中都会产生磁滞现象。感应加热已用于加热液体导体（例如熔融金属）和气态导体。感应加热通常用于加热石墨坩埚（包含其他材料），并且在半导体工业中广泛用于加热硅和其他半导体。实用频率（50/60 Hz）感应加热用于许多低成本工业应用，因为不需要逆变器。

一个感应炉用途感应加热金属至其熔点。一旦熔化，高频磁场也可用于搅拌铁水，这对于确保合金添加剂完全混入熔体中很有用。大多数感应炉由围绕着耐火材料容器的水冷铜环管组成。与反射炉或冲天炉相比，感应炉在大多数现代铸造厂中用作熔化金属的清洁方法。尺寸从一公斤的容量到一百吨不等。感应炉运行时通常会发出刺耳的嗡嗡声或嗡嗡声，这取决于它们的工作频率。熔化的金属包括钢铁、铜、铝和贵金属。因为它是清洁且非接触的过程，所以可以在真空或惰性气氛中使用。真空炉利用感应加热来生产特种钢和其他合金，如果在空气中加热会氧化。

类似的较小规模的过程用于感应焊接。如果塑料掺杂有铁磁陶瓷（颗粒的磁滞提供所需的热量）或金属颗粒，则也可以通过感应焊接。

可以用这种方法焊接管缝。管中感应的电流沿开缝流动并加热边缘，从而导致温度足以进行焊接。此时，将接缝边缘压在一起，然后将接缝焊接起来。也可以通过刷子将RF电流传输到管子，但是结果仍然相同-电流沿着开缝流动并对其加热。

在快速感应印刷金属添加剂印刷工艺中，将导线原料和保护气体通过盘绕喷嘴进料，使原料进行感应加热并从喷嘴以液体形式喷出，以便在屏蔽下拒绝形成三维金属结构。与其他增材制造方法（例如选择性激光烧结）相比，该过程使用感应加热在程序中的核心好处是显着提高了能源和材料效率，并提高了安全性，该方法使用强大的热量将热量传递给材料激光或电子束。

在感应烹饪中，炉灶内部的感应线圈通过磁感应加热炊具的铁底座。使用电磁炉可提高安全性、效率（电磁炉本身不加热）和速度。非铁锅，例如铜底锅和铝锅通常不适合。通过感应，在基座中感应的热量通过传导传递到食物内部。

感应钎焊通常用于较高的生产运行中。它产生一致的结果，并且非常可重复。有许多类型的工业设备都使用感应钎焊。例如，感应用于将硬质合金钎焊到轴上。

感应加热用于食品和制药行业中容器的瓶盖密封。将一层铝箔放在瓶子或罐子的开口上，并通过感应加热将其融合到容器上。这提供了防篡改的密封，因为更改内容物需要破坏箔纸。

感应加热通常用于加热物品，使其在装配或组装之前膨胀。通常使用市电频率（50/60 Hz）和穿过轴承中心的叠层钢变压器型铁心以这种方式加热轴承。

感应加热通常用于金属物品的热处理。最常见的应用是钢零件的感应淬火，感应焊接/钎焊（作为连接金属部件的一种手段）和感应退火以选择性地软化钢零件的区域。

感应加热可以产生高功率密度，允许短时间的相互作用达到所需的温度。这样就可以非常严格地控制加热模式，使加热模式与施加的磁场非常接近，从而减少了热变形和损坏。

此功能可用于硬化以生产具有不同特性的零件。最常见的硬化过程是在需要耐磨的区域进行局部表面硬化，同时保留其他地方所需的原始结构的韧性。感应淬火图案的深度可以通过选择感应频率，功率密度和相互作用时间来控制。

由于需要为许多应用生产专用电感器，因此工艺灵活性受到限制。这是相当昂贵的，并且需要在小型铜电感器中编排高电流密度，这可能需要专门的工程设计和“铜配件”。

感应加热用于注塑机中。感应加热可提高注塑和挤出工艺的能源效率。热量直接在机器的机筒中产生，从而减少了预热时间和能源消耗。感应线圈可以放置在隔热材料的外部，因此它可以在低温下工作，并且使用寿命长。所使用的频率范围从30 kHz到5 kHz，对于较厚的发条盒会降低。逆变器设备成本的降低已使感应加热变得越来越流行。感应加热也可以应用于模具，从而提供更均匀的模具温度并提高了产品质量。

感应加热用于在生物质的热解中获得生物炭。热量直接产生到振动筛反应器壁中，从而能够在良好的混合和温度控制下使生物质热解。