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1、摘要本文主要是设计一套感应加热测温装置，解决感应钎焊时的温度快速准确测量问题，从而建立温度自动控制系统，对确保钎焊金刚石工具时的质量有重大意义。该装置测量温度范围为0到1050，采用了人工热电偶测温。设计的装置既可以满足钎焊条件，又可以准确测量温度。关键词： 高频感应 钎焊 热电偶 测温装置Abstract This article mainly is designs a set of induction heating temperature measurement installment, time the solution induction brazing temperature fa
2、st accurate survey question, when the establishment temperature automatic control system, to guarantees the braze welding diamond tool the quality has the great significance.This equipment survey temperature range for 0; arrives 1050;, has used the artificial thermo-element temperature measurement.T
3、he design installment both may satisfy the braze welding condition, and may survey the temperature accurately.Key word: High frequency induction Braze welding Thermo-element temperature measurement installment目录1感应加热11.1感应加热的原理及特点11.1.1 感应加热的发展11.1.2感应加热原理11.1.3高频感应电流的分布特性21.2 感应钎焊金刚石工具31.2.1钎焊方法介绍3
4、1.2.2感应钎焊的优点32 感应钎焊的测温方法52.1温度的测量52.1.1温度测量方法52.1.2温度测量系统的选择52.2 热电偶测温方法52.2.1 热电偶材料及分类52.2.2热电偶测温原理62.2.3 热电偶回路基本定律72.2.4热电偶冷端温度补偿72.2.5热电偶测温的特点82.3 感应加热测温的方法82.3.1机械加工中热电偶测温的应用382.3.2 本课题的测温方法10.3测温装置设计123.1总体设计123.2零部件的设计133.2.1 防氧化装置设计133.2.2 偶丝移动设计装置143.3零件的校核（弹簧）144 结束语16致谢.16参考文献16- -1 感应加热1.
5、1感应加热原理及特点1.1.1 感应加热的发展早在19世纪初人们就发现了电磁感应现象，知道处于交变磁场中的导体内会产生感应电流而引起导体发热。但是，长期以来人们视这种发热为损耗，并为保护电气设备和提高效率而千方百计的减少这种发热。为此，工程师们为了最大限度的减少有害的涡流发热，对变压器和电动机的磁心采用了叠片式结构。直到19世纪末才开始开发和利用这种热源进行有目的的加热、熔炼、淬火、焊接、热处理等，随之出现了各种形式的感应加热设备。1890年瑞典人发明了第1台感应熔炼炉开槽式有芯炉，1916年美国人制造出闭槽式有芯炉，用于有色金属的冶炼，1921年无芯炉在美国出现，采用火花式中频电源，后来出现
6、了中频机组电源和现在的晶闸管变频电源。工频炉产生于20世纪30年代，高频电源、倍频电源等也由于不同的工艺要求而相继出现。感应加热装置最早使用于表面热处理，以后普及焊接领域和各种透热。现在感应加热技术已广泛应用于国民经济的各个领域，如表1-1。 表1-1 感应加热源的应用领域应用部门主要用途冶金黑色、有色金属的冶炼和保（升）温；金属材料的热处理；冷坩埚熔炼、区域熔炼、悬浮熔炼等制取超纯材料；锻造、挤压、压制等型材生产的透热；焊管生产的焊缝。机械制造黑色和有色金属零件的铸造和精密铸造金属的熔炼；机器零件的淬火，特别是表面淬火以及淬火后的回火、退火和正火等热处理的加热；化学热处理的加热；压力加工（锻
7、、挤、轧等）前的透热，特别是模锻、精锻等；钎焊、对焊、硬质合金的熔炼；金属涂层及其他场合的加热烘干；热装配等。轻工罐头封口加热、合成纤维生产中间加热等。石油、化工化学反应釜等容器加热、输油管道焊接缝现场退火、输油管路的保温等。电子电子管生产中的真空除气时的加热等。 1.1.2感应加热原理电磁感应定律说明，在一个电路围绕的区域内存在交变磁场时，电路两端就会产生感应电动势，当电路闭合时则产生电流。这个定律同时也就是今天感应加热的理论基础。感应加热的原理图如图1-1所示：图1-1 感应加热原理图如图，当感应线圈上通以交变的电流i时，线圈内部会产生相同频率的交变磁通，交变磁通又会在金属工件中产生感应电
8、势e。根据MAXWELL电磁方程式，感应电动势的大小为： （1-1）式中N是线圈匝数，假如磁通是按正弦规律变化的，则有：=msin （1-2）那么可得到感应电动势： （1-3）因此感应电动势的有效值为：E=2fNm/=4.44Nfm （1-4）式中：m为磁通的幅值，f为频率。由此可见，感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属，然后电能在金属内部转变为热能。感应线圈与被加热金属并不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。另外需要指出的是，感应加热的原理与一般电气设备中产生涡流以及涡流引起发热的原理是相同的，不同的是在一般电气设备中涡流是有害的，而感应加热却是利用涡流进行加热的。这样，感应电势在工
9、件中产生感应电流(涡流)i，使工件加热。其焦耳热为：Q=0.24I2Rt (1-5) 式中，Q：电流通过电阻产生的热量(J)I：电流有效值(A)； R：工件的等效电阻(W)； t：工件通电的时间(S)。 可以看出，感应电势和发热功率与频率高低和磁场强弱有关。感应线圈中流过的电流越大，其产生的磁通也就越大，因此提高感应线圈中的电流可以使工件中产生的涡流加大；同样提高工作频率也会使工件中的感应电流加大，从而增加发热效果，使工件升温更快。另外，涡流的大小与金属的截面大小、截面形状、导电率、导磁率以及透入深度有关。1.1.3感应电流的分布特性 感应电流通过导体时，表现出与直流或工频电流不同的特性，主要
10、包括表面效应、尖角效应、邻近效应等。表面效应（集肤效应）：当直流电通过导体时，电流在导体截面上的分布是均匀的，但当交流电通过圆住导体时，电流分布是中心密度小，越接近表面密度越大，当电流频率相当高时，导体的中心可以没有电流，而全部集中在导体的表面，这种现象称为高频电流的表面效应。交变电流的频率越高，表面效应就越显著。表面效应使高频电流集中于表面，并进一步使大部分热量集中于导体的表层。涡流是由进入工件的交变磁场引起的，而磁场从工件的表面到心部也是按指数曲线衰减的，因此，涡流的最大值集中在工件的表面，这也是表面效应。而透入深度的规定是由电磁场的集肤效应而来的。电流密度在工件中的分布是从表面向里面衰减
11、，其衰减大致呈指数规律变化。工程上通常是这样规定的，当导体电流密度由表面向里面衰减到数值等于表面电流密度的0.368倍时，该处到表面的距离称为电流透入深度。因此可以认为交流电流在导体中产生的热量大部分集中在电流透入深度内。透入深度可用下式来表示：式中：为材料电阻率（m）；表示磁导率（H/m）；f表示电流频率（Hz）。分析一下上式，当材料的电阻率，相对磁导率 确定以后，透入深度仅与频率的平方根成反比，因此它可以通过改变频率来控制。频率越高，工作的透热厚度就越薄，这种特性在金属热处理中得到了广泛的应用，如淬火、热处理等。 尖角效应：当形状不规则的零件置于感应加热器中加热时，带尖角或凸起部分的加热速
12、度比其他部效应分快，这种现象称为尖角效应。这是由于尖角部分磁力线易于密集的缘故。邻近效应：两个载有高频电流的导体相互靠近时，在两导体磁场的作用下，两导体中的高频电流重新分布，使电流趋于导体相互靠近的一侧，这种现象称为邻近效应。平行放置的两根导体，当电流方向相反时，则两导体内侧磁场最强。导体间距离越近，邻近效应越显著。加热感应线圈与工件之间也存在这种关系，又由于它们的电流方向相反，所以两者相互靠近一侧磁场最强。1.2钎焊金刚石工具1.2.1钎焊方法介绍钎焊属于固相连接，它与熔焊方法不同，钎焊时母材不熔化，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种连接方法。连接零
13、件时，钎料加热到熔化，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散和在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母材相互溶解和扩散从而实现零件间的连接。液态钎料填充钎缝的过程必需具备两个条件：毛细作用和润湿作用。(1) 钎料的毛细作用钎焊时液态钎料不是单纯地沿固态母材表面铺展，而是流入并填充接头间隙。钎料是依靠毛细作用而在间隙内流动的。毛细作用的大小与钎缝的类型和钎缝间隙的大小有关，通常钎缝间隙小的钎缝比间隙大的钎缝钎料流动性能要好。钎缝间隙的最佳值的确定与钎料和母材的选择有关。由于BNi-2钎料含有B，Si脆性相元素，其间隙与其它钎料相比要小。间隙的最佳范围0.02mm0.10mm。(2)钎料
14、的润湿作用润湿是液相取代固相表面的气相过程。衡量液体对母材润湿能力的大小，可用液相与固相接触时的接触夹角大小来表示。液滴在母材稳定时的接触角：接触角0时，表示液体完全润湿固体，接触角180时表示完全不润湿；钎焊时钎料的接触角应小于20影响钎料润湿作用的主要因素有：钎料和母材的成分，钎料与母材的相互作用(母材向液态钎料溶解，液态钎料向母材扩散)，钎焊温度，母材表面氧化物，间隙等。 上个世纪八十年代末，人们开始探索钎焊技术用于金刚石工具制作。采用在金刚石表面镀覆某些过渡族元素（如Ti、Cr、W等），并与其发生化学反应在表面形成碳化物。通过这层碳化物的作用，金刚石、结合剂、基体三者就能通过钎焊实现牢固的化学冶金结合，从而实现真正的金刚石表面金属化，这就是钎焊金刚石工具的原理。所以，采用钎焊技术可实现胎体金属(钎料)与母体材料金刚石和钢基体之间的牢固结合。 1.2.2 感应钎焊的优点感应钎焊具有一些独特的优点：非接触加热而且加热温度高；加热效率高；加热速度快；温度易控制；可以局部加热对不需要焊接的地方不产生影响；可以做成自动化操作，实现
