感应钎焊的基本原理

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：感应钎焊是将焊件的待钎焊部分置于交变磁场中，依靠这部分母材在交变磁场中产生感应电流的电阻热来加热的钎焊方法，基本原理如图3-2-10所示。感应钎焊可应用于自动生产线，以预置钎料的方式进行。感应钎焊的加热范围小，增加了所用工装的寿命，保持了被连接部件的尺寸精度。感应钎焊要求待连接焊件的装配间隙适当缩小。一般感应钎焊的频率为500kHz左右。感应钎焊所用的设备主要由两部分组成，即交流电源和感应线圈。

感应钎焊是将焊件的待钎焊部分置于交变磁场中，依靠这部分母材在交变磁场中产生感应电流的电阻热来加热的钎焊方法，基本原理如图3-2-10所示。由于热量由焊件本身产生，因此加热迅速，焊件表面的氧化比炉中钎焊少，并可防止母材的晶粒长大和再结晶的发展。此外，还可实现对焊件的局部加热。

感应钎焊的优点如下：

1）选择感应电流作为热源，充分利用局部加热的方式对焊件进行加热，通常可以减小构件的性能变化以及焊件变形，消除可能发生的对接头周围焊件的烧损。

2）精确的加热控制，稳定的工艺循环，提供了外观平整、光滑、均匀的接头。

3）加热速度快，正常的感应加热循环因为加热速度快，变色轻并避免结垢，通常允许在空气中加热。

4）需要时，感应器和控制箱可采用柔性连接，满足在工件移动的过程中钎焊接头。感应钎焊可应用于自动生产线，以预置钎料的方式进行。

5）使用感应钎焊可减少和简化夹持工装。感应钎焊的加热范围小，增加了所用工装的寿命，保持了被连接部件的尺寸精度。

其缺点如下：

1）配套系统复杂，尽管通过设计感应器能成功地加热几何形状复杂的接头，但包含几个钎焊接头的复杂组件，加热难度很大甚至不能实现，对这种组合接头推荐采用炉中钎焊。

2）部件的装配难度大。感应钎焊要求待连接焊件的装配间隙适当缩小。

3）设备的初装费用高。感应钎焊设备特别适合半自动或全自动操作。

4）所需技术含量较高，普通人员不易掌握。在使用感应钎焊时，不仅要选择感应发生器和合适的部件操作设备，而且要设计符合加热方式的线圈、载荷（焊件、线圈、机头）和发生器之间电的绝缘耦合。

在线圈的交变磁场中，导体内产生的感应电流强度可由下式确定：

式中 Z——工件的阻抗，单位为Ω；

E——电动势，单位为V；

f——频率，单位为Hz；

ω——感应线圈的匝数；

Ф——磁通，单位为Wb。

图3-2-10 感应加热原理示意图

如式（3-2-1）所示，焊件中产生的感应电流的大小与感应线圈回路中的交流电的频率、感应线圈的匝数和磁通成正比。随着所用的交流电频率的提高，感应电流增大，焊件的加热速度变快。因此，感应加热大多使用高频交流电，有时也使用中频交流电，工频很少用于感应钎焊。但由于交流电有趋肤效应，通常取85%的电流所分布的导体表面层厚度称为电流渗透深度，它可由式（3-2-2）确定：

式中 δ——导体中的电流渗透深度，单位为mm；

ρ——导体的电阻率，单位为Ω·mm；

μ——导体的磁导率，单位为H/m。

显然，感应加热的厚度取决于电流的渗透深度。式（3-2-2）表明，电流渗透深度与电流的频率有关。频率越高，电流渗透深度越小。虽然高频电流使表面层迅速加热，但加热的厚度却很薄，焊件的内部只能靠表面层向内部的导热来加热。由此可见，选用过高的交流电频率并不是有利的。一般感应钎焊的频率为500kHz左右。

电流渗透深度也与材料的电阻率和磁导率有关。电阻率越大，磁导率越小，则电流渗透深度就越深。非磁金属如铜、铝等，磁导率较小，且不随温度变化，趋肤效应都较小。在确定钎焊参数时必须考虑母材的有关物理性能对电流渗透深度的影响。

感应钎焊的基本原理

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