一种小型高频加热装置系统的设计

高云峰

（太原理工大学，山西太原030024）

一种小型高频加热装置系统的设计

高云峰

（太原理工大学，山西太原030024）

通过对小型高频加热系统特点的分析，提出了该系统关键设计要点及技术措施，对该技术的产业化及技术进步有积极的借鉴意义。

小型高频加热；设计；热传递；人性化

引言

高频加热作为一成熟技术在工业界应用已经非常广泛，作为一高效加热手段替代茂福炉在实验室操作意义非常重大。高频加热有以下优点：一是热效率高，受热均匀度高；二是过程可控度高，符合加热流程要求；三是由于加热过程短，对受热体元素流失少，材料性能变化小。但是作为小型高频加热系统，其工业设计特殊问题是牵涉专业面广：电气、热传递、材料、机械装备、工艺流程等方方面面。可以说，面对的是小型巨复杂系统，其技术等级高：工作温度1 800～2 000℃，热源范围广500～2 200℃；高频：50 kHz以上；潜在应用面广：特殊熔点焊接、热加工、热传递等用户；由于前述技术条件限制在实际应用中，小客户范围并不广泛，笔者通过多年实践积累了一定的设计、应用经验能对业界高频加热系统走向小体量用户在应用设计上能有积极的借鉴作用和技术进步。

1 高频加热装置组成及工作特点

高频加热装置一般由高频电源、加工操作平台、加热螺旋铜管和循环水冷却系统等组成，从理论角度讲技术成熟度高，其实质就是一线圈涡流加热装置。但是从小型工业化应用角度讲确实复杂，尤其是作为局部温度达2 200℃，高频为50 kHz以上，所以整个系统设计必须从工程化角度出发，否则事故将会不断，甚至让系统在毫秒级时间内即可崩溃失败。如图一所示为一锻压工件小型高频加热系统实物图。

2 热系统设计要点

图1 锻压工件小型高频加热系统实物图

热系统虽然在高频加热装置仅作为辅助系统，但是成败要点就在于加热是否可靠，操作是否连续顺畅，节律是否科学，既与系统加热能力有关，又与工况工序过程一致。因此该辅助系统决定电气加热能力即电气功率W值，该值确定后所有设计均按此值为基本出发点。加热工艺的确定，热的累积效应是工件加热另一个必须考虑的参数，在此基础上确定工件的最高可加工温度T值，这样才能保证工作可靠性和可控性。冷却系统是保证工作正常进行的基本条件，所以冷热交换量必须满足工作需要，该值需要考虑额外热量累积效应，由工艺特点等决定，所以Q值需要取3～5的倍率系数，切记高温元件的失效曲线中其温度场分布是很陡的，倍率越高其适应效果越好。如图二所示工件加热实物图。

图2 工件加热实物图

3 电气控制系统要求

最大安全风险来源是电气控制系统，所以一定坚持独立供电，独立保护的原则，确实保证熔断或电气故障时立即切断供电回路，确保人生安全。

4 工作平台设计

高温、高频、大容量和热传递过程快等特征决定了系统的成败，而操作工序和水平也是决定系统成败的关键，通常所要求的“火眼金星”“眼疾手快”在这里均需要实现，所以操作平台的设计就尤为关键，一定得实现人性化，一定得在操作范围内实现可控。

5 机械手设计要点

机械手作为加热工件的一个常用手段在这里使用，对于批量加工可能不需要多考虑。但是在小型高频加热系统就必须换一个角度设计，小型高频加热系统限定了其用途的范围小、批次小、工件小，但是也决定了工件的复杂性和易变性，这样从安全和工艺上就必须考虑可靠性。笔者经验是在铜螺旋管外加一不导电的陶瓷管，虽损失了一些热量，但是可以保证受热更均匀、也可进一步规避金属加工工件与铜螺旋管碰撞事故。

6 结语

小型高频加热系统其优越性是不言而喻的，但是因为其使用需要的知识面较广，一般用户没有能力进行二次配套设计完善工作，使得其市场化脚步与其技术先进性不一致。通过上述技术分析我们知道首先需要考虑的核心是热系统的可靠性、受热均匀性、设计参数选型、自动控制方案选型、热传递过程优化、传热管受热均匀化改造、工作平台、机械手配套设计等，只要我们深入实际不断探求实用技术核心与市场需求的关系，技术的广泛推广应用是容易实现的。

（编辑：刘楠）

Design of a Small High-frequency Heating Device System

Gao Yunfeng
(Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi030024)

Through the analysis of the characteristics of small high-frequency heating system,this paper puts forward the key points of the system design and technical measures,has a positive significance to the industrialization of technology and the progress of technology.

high frequency heating;thermal design;transfer;humanization

D922.294；D923.4

A

2095-0748(2016)24-0049-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.24.19

2016-12-07

高云峰（1964—），男，山西万荣人，毕业于山西矿业学院，现就职于太原理工大学，长期从事设备与矿山压力测试研究和教学工作。