高频感应加热焊接实验
一、实验目的
(一)了解高频感应加热焊接方法，并实际施焊。

(二)熟悉高频感应焊接头的焊缝及焊接热影响区组织变化规律，金相观察和分析。

二、实验内容
1．高频感应加热焊接工艺试验。

2．高频感应加热焊接规范参数调节和采集。

3．高频感应焊接接头金相组织观察。

三、实验装置及实验材料
1．国产感应加热焊接系统
2．焊接试样、辅助材料
3．粗、细金相砂纸、玻璃平板、机械抛光机、抛光粉
4．无水乙醇、4％硝酸酒精溶液、氢氧化钠水溶液、王水、吹风机、脱脂棉5．金相显微镜，计算机图像处理系统
四、实验原理
感应加热的原理：工件放到感应器内，高频大电流流向被绕制成环状或其它形状的加热线圈（通常是用紫铜管制作）。

由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将金属等被加热物体放置在线圈内，磁束就会贯通整个被加热物体，在被加热物体的内部与加热电流相反的方向，便会产生相对应的很大涡电流。

由于被加热物体内存在着电阻，所以会产生很多的焦耳热，使物体自身的温度迅速上升。

达到对所有金属材料加热的目的。

感应器一般是输入中频或高频交流电(300-300000Hz或更高)的空心铜管。

产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000ºC，而心部温度升高很小。

感应加热的芯部温度是通过一定的时间渗透进去的，因此在选用感应加热设备时，必须考虑温度渗透时间，选用合适的感应加热频率。

感应加热多数用于工业金属零件表面淬火、金属熔炼、棒料透热等多个领域，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，达到表面迅速加热，甚至透热融化的效果。

感应加热是遵循电磁感应、集肤效应、热传导三个基本原则。

实验原理：用一个模拟的单匝短路次级线圈来说明。

以圆柱体加热的方式为例，工件和感应器的组合可以看做是一台具有多匝初级线圈（感应器线圈）和单匝短路次级线圈（圆柱体工件）的变压器，初级线圈和次级线圈彼此间由较小的空气间隙隔开。

通电时在工件内将产生频率相同、方向与感应器中相反的感应电流，即涡流。

当电流频率较高时，由于表面效应的作用，使涡流集中在工件表面，产生“集肤效应”。

感应电流密度从加热工件的表面志中心是逐渐降低的，而电流的频率越高，降低的比率也越大。

电流密度的这种降低率也取决于被加热材料的电阻率和相对磁导率两个物理量。

表示感应电流的分布随透入深度而变化以及控制电流分布的因素，电流密度大约降到表面电流密度值的三分之一处的深度即为“集肤深度”。

五、实验方法及步骤
1、以每组10人，每组焊一个试样；
2、认真清洗试样和组装焊件；
3、正确设置焊接规范；
4、每组焊一个试样，焊接过程中测量并记录电流、电压参数；
5、在焊接好的试样上，用取下一块磨制成金相试样；
6、观察金相试样中焊接接头的各个区的组织特点，并记录下来。

六、实验报告要求
1、分析感应加热焊接的特点。

（手写）
2、结合实验数据、讨论焊接结果。

（手写）
3、感应加热焊接的发展现状。

（综述可打印）
1、分析感应加热的特点。

2、结合感应加热焊接实验数据讨论焊接结果。

附（焊接设备图、焊缝外观图）
高频感应加热焊接研究现状
高频加热已经广泛应用于金属的热处理、熔炼、焊接等方面。

感应焊是利用交变磁场一电场感应场中工件上的涡流效应加热工件，使工件熔化，从而实现焊接的一种方法。

焊接设备由交流电源和感应加热圈组成。

交流电源按其频率不同分为高频和中频，高频电源由于频率高，加热迅速，应用广泛。

感应圈是感应加热设备的重要元件，交流电源的能量是通过它传递给焊件而实现加热的，通常用紫铜管制作，工作时管内通水冷却。

感应圈可以根据不同的需要设计成合理的结构，对于保证焊接质量和提高生产效率有重大的影响，常见的结构形式有单式、多螺管式、扁平式、外热式、内热式等。

感应加热电源早在20世纪50年代就已经出现，当时主要有：工频感应炉、中频发电机组、电子管振荡器式高频电源；20世纪50年代末硅晶闸管的出现引发了感应加热电源技术的一场革命，感应加热电源及其应用得到了飞速的发展。

到20世纪80年代，IGBT开关器件的发明使感应电源的频率可高达100 kHz，功率达MW级。

目前，高频感应焊接主要用于感应钎焊和表面熔覆焊。

感应钎焊是依靠工件在交变磁场中产生的感应电流的电阻热使钎料熔化，液态钎料在毛细作用下填充间隙从而实现钎焊的一种方法。

高频感应加热钎焊利用高频交流电来实现钎焊。

对于磁场中要实现钎焊的两金属体，只需合理选用感应器，利用电磁的相邻效应和端部效应就能使能量集中在两金属体之间的钎焊界面。

要想获得良好的钎焊接头，必须考虑钎料的熔化、分布以及熔点的同时性，分布的均匀性，这些都与感应器和工件的匹配有关。

感应圈的形状及其与工件之间的相互位置对加热的质量和效率起着至关重要的作用，正确设计和选用感应圈的基本原则是保证焊件加热迅速，均匀。

为了提高加热效率，应尽量减小感应圈与焊件之间的距离最好不要大于2~3 mm，必要时可通过加导磁体改变磁力线状态。

感应加热电流频率的选择主要参考对焊接工件温度分布的要求和对电磁搅拌力的要求。

何鹏等人采用ANSYS计算机辅助设计进行了高频感应钎焊温度场的数值模拟和感应器的优化设计，可有效改进加热工艺，提高焊接质量。

高频感应钎焊加热速度快，加热温度范围宽，短时间局部集中加热能够有效防止接头区母材组织的粗化，特别适合于难熔异种金属的连接，而快速凝固使得焊缝组织均匀，纯净度高，物理和力学性能优良。

翟秋亚等人采用高频钎焊对不锈钢和YG6合金进行焊接，实现了冶金结合，连接性能良好。

王奇娟等人阴采用高频感应钎焊铝合金和不锈钢导管，钎料与铝合金母材和不锈钢母材均形成了良好的连接，其接头力学性能超过了铝合金导管本身。